[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种从单晶硅或多晶硅棒的切割或磨削加工硅晶片过程中产生的废砂浆中制 取白炭黑同时回收碳化硅的方法。具体的，将硅晶片加工工艺中产生的线切割废砂浆利用其 中的硅制取白炭黑，同时回收其中的碳化硅固体微粉以实现再次用于硅棒切片工序的目的。

背景技术

白炭黑的学名是水合二氧化硅(mSiO₂·nH₂O)，因其微观结构和聚集体形态和炭黑类似， 补强性能与炭黑相媲美，故被称为白炭黑。白炭黑具有粒径小、比表面积大、化学纯度高、 分散性能好等特征，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、涂料、医药、 造纸等诸多工业领域得到广泛应用，并为其相关工业领域的发展提供了新材料基础和技术保 证，广泛应用于各个领域。涂料中加入纳米白炭黑，可提供防结块、防流挂、增稠消光等功 能；在塑料中加入白炭黑，可提高薄膜的透明度、韧性、强度，防水性能等。粘结剂和密封 胶中添加白炭黑，可迅速形成网络状硅石结构，抑制胶体流动，固化速率加快，提高粘结效 果。在医药、农药中，可起到增稠、悬浮、载体的作用。最新研究成果表明：在聚合物体系 中引入白炭黑能显示出一系列令人称道的光学性能和力学性能。享有“工业味精”、“材料科 学的原点”之美誉。自问世以来，已成为当今世界材料科学中最能适应时代要求和发展最快 的品种之一，发达国家已经把高性能、高附加值的精细无机材料作为下世纪新材料的重点加 以发展。

在集成电路用基板(半导体和液晶显示屏等)和太阳能电池基板的薄片状产品的切割制备 过程中，采用多线切割原理，用钢丝带动一种具有流动性的混合研磨剂-砂浆，利用其中的 碳化硅微粉颗粒持续快速冲击单晶硅和多晶硅棒表面，利用碳化硅颗粒的坚硬特性和颗粒表 面的锋利菱角将硅棒逐步截断，这种混合研磨剂-砂浆是由碳化硅与一定比例的聚乙二醇 (PEG)混合而成，聚乙二醇起到分散剂的作用，会使碳化硅在切割过程中分布均匀，并且聚乙 二醇具备一定的热容，可以带走大量在切割过程中产生的摩擦热量，同时聚乙二醇的良好水 溶性也便于后期硅片的清洗。这种砂浆虽然可以循环使用，但随着切割过程的进行，砂浆中 混有硅屑和微量的钢丝切屑，以及无效的细碎颗粒大幅增多，使砂浆切割性能降低，导致获 得的硅晶片精度恶化，因此在切割过程中需要不断地排出旧砂浆，并不断补充新的砂浆。通 常的处理办法是作为工业废渣进行排放填埋，其中贵重的高纯硅粉也会随着磨硝砂浆的废弃 而损失掉。液态的有机悬浮液也必须进行必要的生物降解处理后才能勉强达到环保排放标准， 否则可能导致对水源和土壤的二次污染(根据国家技术监督局1996年10月4日发布的[中华 人民共和国污水综合排放标准(GB8978-1996)])。因此将使用过一次的废切削砂浆作为工业废 弃物处理不仅是对社会资源的极大浪费，同时导致硅片生产成本的增加，而且对环境造成一 定的污染。