本发明专利技术公开了一种利用氟化氢铵从单晶硅和多晶硅棒切割或硅晶片加工过程中产生的废砂浆中回收碳化硅的工艺方法，包括利用氟化氢铵溶解预处理后的废砂浆中的硅，加水溶解使其形成溶液，过滤得到我们的主要目的产品碳化硅。再对生成的氟硅酸铵溶液进行低温结晶，过滤获得得氟硅酸铵产品。结晶后的水溶液再用来溶解氟硅酸铵，重复使用。在整个过程中各个组分都得到了合理的利用，没有污水外排，没有造成二次污染，满足绿色化工过程的要求。本发明专利技术反应速率比较快，工艺条件比较温和，设备投资低，操作简单，易于工业化，具有明显的经济效益和社会效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单晶硅或多晶硅棒加工或硅晶片切割的太阳能、半导体等工业产生的废料，具体来说包括单晶硅或多晶硅加工、环境和化工等领域。
技术介绍
线切割废砂浆是在硅晶片材的加工过程中对高纯度的单晶硅和多晶硅棒进行线切割过程中产生的一种废料，主要来自集成电路用基板、太阳能电池基板、电子芯片、精密半导体芯片的薄片状产品的多线切割过程中。线切割废砂浆主要成分包括碳化硅SiC、聚乙二醇(PEG)或油基悬浮液、硅Si和铁Fe等。其中SiC、PEG和Si，而它们都是重要的工业原料，均属于不可再生资源。原材料短缺、能源紧张、环境污染加剧是人类面对的重大问题，对废弃物进行回收利用是解决以上问题的重要一环。随着生产工艺趋于成熟、利润也趋于平均化，特别是煤炭、石油等不可再生燃料价格持续上涨，全球极端天气频繁出现的背景下，新兴能源特别是太阳能利用研究也越来越为人们所重视。其中，光伏产业得到了各国政府的大力支持，特别是近年来在国内涌现了一批在国际上有影响力的光伏企业，使中国迅速成为了太阳能光伏的生产出口基地。目前，在太阳能光伏产业和电子半导体产业都存在这样的问题：随着硅晶片生产企业对切削液、晶硅片切割磨料需求的增加，切割过程中产生大量废砂浆无法进行及时有效的处理。长期以来，大部分废砂浆都被堆放和掩埋处置，这样不仅浪费资源，而且污染环境。近年来，随着切片利润的不断降低，几乎所有的切片厂家无不将着眼点放在了废砂浆回收利用上，同时，太阳能线切割砂浆回收项目也列入了回收经济类国家鼓励支持的项目，国内出现了切割废砂浆研究的热潮。例如2001年日本专利2001-278612 Method of recoveringsilicon；2007年共有两项专利：中国专利CN 101033066A碳化硅微粉回收的方法和中国专利CN 101032806A切削悬浮液回收的方法；2008年共有两项专利：中国专利CN 101327622A单晶与多晶硅线切割用砂浆回收技术和中国专利CN 101130237A一种从切割废砂浆中回收硅粉和碳化硅粉的方法；2009年共有两项专利：中国专利CN 101474511A一种晶硅圆线切割废砂浆中聚乙二醇和碳化硅的回收方法和中国专利CN 101580458A切削废砂浆中丙二醇的回收方法；2010年共有八项专利：中国专利CN 101691216A一种从线切割废砂浆中回收碳化硅联产白炭黑的方法，中国专利CN 101691217A一种从线切割废砂浆中制取白炭黑同时回收碳化硅的方法，中国专利CN 101792691A硅片切割废砂浆中液体的回收循环再生利用工艺，中国专利CN 101792142A从切割废砂浆中回收多晶硅锭、碳化硅粉和聚乙二醇的方法，中国专利CN 101879481A一种利用电选从硅晶体切割液中回收多晶硅材料的方法，中国专利CN 101891196A一种用于太阳能硅片切割的废砂浆的无水回收再使用工艺，中国专利CN101823712A硅片切割废砂浆的回收处理方法和中国专利CN 101786623A硅片切割废砂浆中固体的回收循环再生利用工艺。由此可以看出，专利的数量是在逐年增加的，刚2010年共有八项专利，超过了前几年的总和。-->从近几年的研究可以看出，在市场和环境的压力下，对废砂浆回收利用的关注越来越大，对其回收已近从单一的回收碳化硅，到碳化硅和聚乙二醇，再到今天的碳化硅、聚乙二醇和硅的几乎所有的成分进行综合回收。在离线回收和在线回收两种回收工艺中，由以上专利可以看出离线回收成为研究的中心。其中在离线回收工艺中物理法具有处理过程能量损耗小、操作简便、工艺简单、设备造价低和易于工业化等优点，在工业上获得广泛的应用，也是当前研究的重点；化学法通过原料的转化，制的新产品同时回收碳化硅物料，物料的回收的纯度高，有一定的潜力，但还需要作进一步的研究工作。综上所述各专利，对线切割废砂浆中的各种组分的回收利用做了大量的研究工作，促进了线切割砂浆成本的降低，节约了能源，保护了环境，对实现资源的循环回收利用具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用氟化氢铵从单晶硅和多晶硅棒切割或硅晶片加工过程中产生的废砂浆中回收碳化硅的工艺方法。根据废砂浆中碳化硅的含量要大于硅的含量，因此，回收碳化硅应为主要目标，为达到以上目的，本专利技术是采用如下技术方案予以实现的：氟化氢铵回收切割废砂浆中碳化硅的方法，其特征包括下述步骤：a.废砂浆进行预处理；b.将步骤a所得固体砂料(硅和碳化硅)中加入固体，搅拌混均，加水分散溶解固体氟化氢铵，使氟化氢铵与硅进行反应，生成氟硅酸铵，反应后的固体料加水溶解氟硅酸铵，过滤和洗涤得到固体碳化硅，干燥得碳化硅产品；c.将步骤b所得过滤后的氟硅酸铵液体和洗涤液加入大颗粒高纯硅体促使与未反应完全的氟化氢铵反应，加热浓缩到接近饱和浓度后，底部的硅颗粒重复使用，溶液与进入溶解氟硅酸铵的液体换热降温，再冷却至室温或更低温度，结晶出白色氟硅酸铵，过滤，得固体氟硅酸铵，干燥得产品。d.将步骤c过滤所得液体与浓缩后的氟硅酸铵液体换热升温后，加热到浓缩温度附近，返回步骤b中分散溶解氟化氢铵和溶解氟硅酸铵。化学反应：3NH4HF2+2Si→(NH4)2SiF6+NH3↑+2H2↑上述方案中，所述的氟化氢铵的量为为硅所需量的1.00～1.25倍，加水为去离子蒸馏水；氟化氢铵与硅的反应：温度25℃～150℃和时间0.20～7h；过滤洗涤均为热过滤和热洗涤，过滤洗涤温度30℃～100℃；结晶温度为30℃以下。本专利技术与现有的技术方法相比，本方法采用氟化氢铵溶解硅使其形成溶液，过滤得到我们的主要目的产品碳化硅。再对生成的氟硅酸铵溶液进行低温结晶，过滤获得得氟硅酸铵产品。结晶后的水溶液再用来溶解氟硅酸铵，重复使用。在整个过程中各个组分都得到了合理的利用，没有污水外排，没有造成二次污染，应该是一个绿色的化工过程。其优点是，反应工艺条件比较温和，设备投资低，操作简单，易于实现工业化，具有明显的经济效益和社会效益。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。-->反应：3NH4HF2+2Si→(NH4)2SiF6+NH3↑+2H2↑具体实施方式实施例1制造太阳能电池或集成电路(半导体和液晶显示屏等)等基板的硅晶片加工过程中，产生的废砂浆经预处理除去油基分散剂(如聚乙二醇等)和少量的杂质(如铁等)，取预处理后的30千克砂粉(碳化硅86.6％，硅13.4％)放入容器内，并加入13千克氟化氢铵，搅拌均匀，边反应边逐渐加水分散溶解氟化氢铵，避免成固体状，在50℃下反应1.2个小时，加100左右的去离子蒸馏水溶解反应产物氟硅酸铵，控制浓度接近饱和浓度，进行过滤分离，固体洗涤3次，得到27.8千克湿的碳化硅，经干燥得成品碳化硅；在过滤液和洗涤液溶液中加入0.5千克大颗粒高纯硅体，加热浓缩溶液(温度不超120℃)，直到溶液变浑浊，与溶解氟硅酸铵的溶液换热冷却，降为室温结晶，过滤得6.7千克白色氟硅酸铵固体，干燥得氟硅酸铵产品。其过滤液与浓缩液换热加热后，再加热到100℃左右返回去溶解反应产物氟硅酸铵。重复以上操作，可从废砂浆中回收其主要组分碳化硅。实施例2制造太阳能电池或集成电路(半导体和液晶显示屏等)等基板的硅晶片加工过程中，产生的废砂浆经预处理除去油基分本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．氟化氢铵回收切割废砂浆中碳化硅的方法，其特征包括下述步骤：ａ．废砂浆进行预处理；ｂ．将步骤ａ所得固体砂料（硅和碳化硅）中加入固体，搅拌混均，加水分散溶解固体氟化氢铵，使氟化氢铵与硅进行反应，生成氟硅酸铵，反应后的固体料加水溶解氟硅酸铵，过滤和洗涤得到固体碳化硅，干燥得碳化硅产品；ｃ．将步骤ｂ所得过滤后的氟硅酸铵液体和洗涤液加入大颗粒高纯硅体促使与未反应完全的氟化氢铵反应，加热浓缩到接近饱和浓度后，底部的硅颗粒重复使用，溶液与进入溶解氟硅酸铵的液体换热降温，再冷却至室温或更低温度，结晶出白色氟硅酸铵，过滤，得固体氟硅酸铵，干燥得产品。ｄ．将步骤ｃ过滤所得液体与浓缩后的氟硅酸铵液体换热升温后，加热到浓缩温度附近，返回步骤ｂ中分散溶解氟化氢铵和溶解氟硅酸铵。
【技术特征摘要】
1.氟化氢铵回收切割废砂浆中碳化硅的方法，其特征包括下述步骤：a.废砂浆进行预处理；b.将步骤a所得固体砂料(硅和碳化硅)中加入固体，搅拌混均，加水分散溶解固体氟化氢铵，使氟化氢铵与硅进行反应，生成氟硅酸铵，反应后的固体料加水溶解氟硅酸铵，过滤和洗涤得到固体碳化硅，干燥得碳化硅产品；c.将步骤b所得过滤后的氟硅酸铵液体和洗涤液加入大颗粒高纯硅体促使与未反应完全的氟化氢铵反应，加热浓缩到接近饱和浓度后，底部的硅颗粒重复使用，溶液与进入溶解氟硅酸铵的液体换热降温，再冷却至室温或更低温度，结晶出白色氟硅酸铵，过滤，得固体氟硅酸铵，干燥得产品。d.将步骤c过滤所得液体与浓缩后的氟硅酸铵液体换热升温后，加热到浓缩温度附近，返回步骤b中分散...
【专利技术属性】
技术研发人员：田维亮，白红进，刘文杰，李治龙，卢亚玲，
申请(专利权)人：塔里木大学，
类型：发明
国别省市：65
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。