太陽能晶硅片切割廢液資源化回收處理工藝研究

宋漫漫，陽輝，高敏杰，王杰

（河南新大新材料股份有限公司，河南開封475000）

太陽能晶硅片切割廢液資源化回收處理工藝研究

宋漫漫，陽輝，高敏杰，王杰

（河南新大新材料股份有限公司，河南開封475000）

采用純物理法，通過固液分離、脫色、精濾、真空蒸餾、指標(biāo)調(diào)節(jié)等工藝技術(shù)，對太陽能晶硅片切割廢液進行資源化回收處理，切割廢液回收得到的產(chǎn)品各項性能指標(biāo)滿足使用要求，可以再次作為太陽能晶硅片切割液使用，實現(xiàn)切割廢液資源化循環(huán)利用，以及社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益的有機統(tǒng)一和協(xié)調(diào)發(fā)展。

晶硅片；切割；廢液；回收

太陽能晶硅片在切割過程中隨著硅片的不斷切割以及切割液的循環(huán)工作，使得切割液中引入了大量的固體顆粒、金屬離子和液體外加劑等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)造成切割液的切割效率下降，對切割產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。切割液使用到一定程度便無法繼續(xù)使用，必須更換新的切割液，因此導(dǎo)致大量的切割廢液的產(chǎn)生[1-2]。切割廢液中含有大量有機物和金屬離子以及固體雜質(zhì)，如果不進行有效的處理，將會對生態(tài)環(huán)境造成污染破壞，需要對其進行嚴(yán)格的無害化處理，該過程耗費大量的人力財力，增加了企業(yè)的生產(chǎn)運營成本和社會負(fù)擔(dān)。如何對該切割廢液進行資源化回收處理就顯得尤為重要，使其得到有效利用，既保證環(huán)境安全又實現(xiàn)經(jīng)濟循環(huán)發(fā)展。

目前國內(nèi)通常采用的晶硅片切割液的主要成分是聚乙二醇，其他還包括碳化硅、三乙醇胺、皂化液、吸附水等。對單晶硅切割廢液進行回收處理主要是對其中的主成分聚乙二醇進行回收[3]。聚乙二醇的兩端羥基具有擬醇性質(zhì)，能進行酯化和醚化反應(yīng)。它具有較好的懸浮分散性，在晶硅片切割過程中起到粘滯、潤滑、冷卻的作用[4]。在空氣中加熱時聚乙二醇發(fā)生氧化作用，在300℃以上醚鍵發(fā)生斷裂，分子量愈大，被氧化的傾向愈大。這也是聚乙二醇生產(chǎn)過程中遇到的難點之一。

1 切割廢液回收處理工藝

晶硅片切割廢液回收工藝采用純物理法進行，主要包括固液分離、脫色、精濾、真空蒸餾、指標(biāo)調(diào)節(jié)等過程。其工藝流程如圖1所示。

1.1 固液分離

通過離心分離的作用，使得單晶硅切割廢液中的固體顆粒雜質(zhì)，在高速旋轉(zhuǎn)的離心力的作用下，和切割廢液液體形成分離，將單晶硅切割廢液中的較大固體顆粒和切割廢液液體分離開，除去較大部分的單晶硅切割廢液中的固體雜質(zhì)，對切割廢液進行提純[5]。切割廢液中固體含量可降到10%以下。再通過壓濾的方式，在一定孔徑的濾布過濾作用下，進一步除去切割廢液中的細(xì)小固體顆粒雜質(zhì)，過濾裝置的濾孔大小根據(jù)固液分離后切割廢液中固體顆粒粒徑而調(diào)整，使得其中的固體顆粒充分得到濾除。

1.2 脫色

壓濾后的單晶硅切割廢液通常較為渾濁，具有較高的色度，需要進行進一步的處理。通過在一定的溫度下，向切割廢液中添加一定量的活性炭等吸附劑利用多孔吸附劑的吸附作用，使得切割廢液中的影響色度的細(xì)小固體雜質(zhì)以及金屬粒子等得到濾除，進一步提高處理的切割廢液的純度。選用加熱作為脫色的輔助方式，能促進粒子活性，使得切割廢液和活性炭充分接觸，提高脫色效率。切割廢液經(jīng)過脫色處理，成為無色透明的液體，其色度可達到50以下。

1.3 精濾

將脫色工序中經(jīng)活性炭等脫色劑脫色后的切割液進一步通過樹脂的離子交換作用除去其中的雜質(zhì)離子。使其得到深度過濾，濾除液體中的雜質(zhì)離子，降低液體中的電導(dǎo)率，使其具有較高的純度。保證切割廢液回收的質(zhì)量。

1.4 真空蒸餾

將精濾處理后的單晶硅切割廢液進一步通過蒸餾，將其中的水分等雜質(zhì)，通過蒸餾形式除去，提高切割廢液的純度。蒸餾采用減壓蒸餾的方式進行，真空度要求控制在0.09MPa以下，蒸餾溫度控制在60～70℃，使雜質(zhì)在較低沸點下快速除去，避免高溫對切割液的化學(xué)成分造成破壞。切割廢液經(jīng)過蒸餾處理后，其水分降到0.5%以下。

1.5 指標(biāo)調(diào)節(jié)

根據(jù)市場客戶對產(chǎn)品的使用性能要求，對回收處理的切割廢液進行進一步的指標(biāo)調(diào)節(jié)，形成不同型號的產(chǎn)品，使之滿足各類市場對太陽能晶硅片切割液的使用需求。

切割廢液經(jīng)過上述回收處理后，其主要性能指標(biāo)如表1所示。

待回收的切割廢液經(jīng)過固液分離處理，將其中大部分的固體顆粒分離出，再將分離后的液體進行進一步壓濾，對液體進行提純，去除其中的細(xì)小顆粒，然后再向液體中加入活性炭等脫色劑，依靠活性炭的吸附作用對液體進行脫色處理成為無色透明的液體，再經(jīng)過精濾工序去除液體中的雜質(zhì)離子，降低液體中的電導(dǎo)率，然后在蒸餾塔中對液體進行蒸餾提純處理，將其中的水分等液體雜質(zhì)通過蒸餾除去，最終回收處理得到切割液半成品，再將其有針對性的添加一些外加劑，進而達到和新液相當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)，滿足工業(yè)使用要求。采用固液離心分離+吸附脫色+離子精濾+蒸餾+指標(biāo)調(diào)節(jié)等一系列純物理法的工藝技術(shù)，對晶硅片切割廢液進行處理，避免對切割廢液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及切割液中的有效物質(zhì)化學(xué)成分產(chǎn)生破壞，使得切割廢液回收得到的產(chǎn)品性能指標(biāo)滿足使用要求，可以再次在太陽能晶硅片切割領(lǐng)域中作為切割液使用。實現(xiàn)對太陽能晶硅片切割廢液的資源化回收處理。

2 注意事項

（1）做好切割廢液的固液分離和脫水處理，盡可能地使切割液與其中的固體雜質(zhì)分開,保證無肉眼觀察到的顆粒存在，同時檢查切割廢液體系的酸度，使酸度降下來然后再脫水，脫水時要保證切割廢液脫水充分。

（2）脫色的目的是將產(chǎn)生顏色的高分子色素除去,并采用吸附劑吸附，將這一危害硅片切割的雜質(zhì)物質(zhì)從體系中完全除去，并不只是為了使回收的產(chǎn)品外觀好看,更是通過物理吸附作用，將切割廢液中的部分雜質(zhì)除去，提高切割液的純度。

（3）做好切割廢液中金屬離子的脫除工作,切割硅片時切割液中產(chǎn)生了大量的金屬離子，再加上酸度處理時引入的離子,不把它們除去將影響切割液的電導(dǎo)率和重金屬含量,而這些在晶硅片切割時也將影響硅片切割質(zhì)量。

3 結(jié)論

采用純物理的方法對晶硅片切割液進行回收處理，防止回收處理過程發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對切割液的成分造成破壞。

經(jīng)過本工藝技術(shù)處理，晶硅片切割廢液得到有效的回收，生產(chǎn)的回收液具有與新液相當(dāng)?shù)母黜椥阅苤笜?biāo)，完全滿足晶硅片切割工業(yè)使用要求。

對晶硅片切割廢液的回收處理，既避免污染環(huán)境，又變廢為寶，達到切割廢液資源化循環(huán)利用的目的，實現(xiàn)社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的有機統(tǒng)一和協(xié)調(diào)發(fā)展。

[1]仝宇，徐冬梅，齊維，等.硅切割廢砂漿回收現(xiàn)狀[J].無機鹽工業(yè)，2011(9)：5-7.

[2]張照元，田力.多晶硅切割液廢液的回收與利用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011(8)：55-57.

[3]奚西峰，宋涵.一種硅晶圓線切割廢砂漿中聚乙二醇和碳化硅的回收方法：中國，200810232782.6[P].2009-7-8．

[4]李濤.多用途聚乙二醇產(chǎn)品的市場和應(yīng)用[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟，2010(4)：24-28.

[5]許新啟.淺析立式砂倉尾砂漿固液分離技術(shù)[J].采礦分離技術(shù)，2006(9)：201-264.

循環(huán)經(jīng)濟成中國地方發(fā)展“綠色引擎”

作為世界第二大經(jīng)濟體，中國政府已越來越意識到綠色發(fā)展的重要性。不斷發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)，成為中國探索綠色經(jīng)濟發(fā)展模式的縮影，正逐步被納入許多城市的發(fā)展規(guī)劃中。

在位于中國東北地區(qū)的邊境城市琿春，一座循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園回收著周邊地區(qū)和國家的報廢機電設(shè)備、電線電纜等廢舊資源。

該園區(qū)位于琿春邊境經(jīng)濟合作區(qū)，鄰近對俄羅斯的長嶺子口岸和對朝鮮的圈河口岸，總占地面積300 hm2。通過先進技術(shù)進行拆解加工，園區(qū)產(chǎn)品可直接出售或作為園區(qū)深加工產(chǎn)品的原材料，全部建成后將達到年處理和綜合利用再生資源300萬t的規(guī)模。

近年來，中國推進節(jié)能減排、提倡循環(huán)經(jīng)濟、厲行資源節(jié)約。2009年，中國實施了《循環(huán)經(jīng)濟促進法》。中共十八大報告首次將生態(tài)文明建設(shè)納入中國特色社會主義事業(yè)“五位一體”總體布局。

一些欠發(fā)達地區(qū)試圖通過大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟來實現(xiàn)彎道超車。江西豐城是全國大宗工業(yè)固廢綜合利用試點基地，以廢棄物和廢舊物為主原料的產(chǎn)業(yè)集群成為該市經(jīng)濟總量的重要組成部分。園區(qū)化發(fā)展正在成為許多地區(qū)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的首選。

“這種模式有利于污染防范、提高資源利用效率，便于集約利用土地，”中關(guān)村國際環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進中心主任徐云說：“園區(qū)處理廢物種類將由傳統(tǒng)的再生資源拓展到城市生產(chǎn)和消費過程，循環(huán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)系將更緊密?！?/p>

有專家認(rèn)為，類似琿春、豐城的循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)建設(shè)在欠發(fā)達城市循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展路徑中具有很強的示范效應(yīng)，然而由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)缺位、產(chǎn)業(yè)層級較低，發(fā)展仍顯滯后。不僅如此，中國一些地區(qū)的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展缺少有效盈利模式。

“許多產(chǎn)業(yè)園合理高效的產(chǎn)業(yè)園區(qū)污染防控體系并未有效構(gòu)建，園區(qū)物質(zhì)流的管理也顯得很粗放?！焙邶埥∩鐣茖W(xué)院東北亞研究所所長笪志剛說。

為了緩解類似矛盾，分層發(fā)展、逐步推進成為中國地方政府發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)的共識。一些園區(qū)通過建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟來搭建與國內(nèi)外高技術(shù)企業(yè)合作平臺。

作為中國知名的高科技創(chuàng)新區(qū)域，中關(guān)村正在通過產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的方式為各類循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)提供技術(shù)、咨詢等服務(wù)，鼓勵以及編制產(chǎn)業(yè)承接技術(shù)指南。

徐云表示，建立園區(qū)內(nèi)物質(zhì)、能量和信息交換所構(gòu)成的生態(tài)鏈可實現(xiàn)資源充分利用。通過園區(qū)與周邊地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施共享，拓展物質(zhì)集成的空間，繼而與相鄰地區(qū)合作，可形成突破空間限制的虛擬產(chǎn)業(yè)鏈。不僅如此，嚴(yán)格實施綠色招商，從源頭控制污染也是循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的根本。

Silicon wafers cutting waste fluids resourceful treatment technology researchment

SONGManman，YANG Hui，GAOMinjie，WANG Jie
（Henan XINDAXINMaterials Co.,LTD,Kaifeng 475000,China）

Adopt purely method,using the technology of the solid-liquid separation,decoloring,fine filtration, vacuum distillation,index adjustm ent technology,the silicon w afers cutting w aste fluids w ere treated resourcefully,and the perform ance indexes m eet the requirem ent.It can be used as the solar silicon w afers cutting fluid again and realized the resource recycling and the environm ent,econom y and society benefit of coordinated development.

silicon w afers;cutting;w aste fluids;recycling

X703

A

1674-0912（2013）12-0028-03

2013-10-12）

宋漫漫（1986-），女，安徽太和人，碩士學(xué)歷，主要從事化工新材料技術(shù)研發(fā)方面的工作。