[发明专利]一种硅片切削废液的资源化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅片切削废液的资源化处理方法，尤其涉及一种膜法处理硅晶切削过程中切削废液，回收其中切削磨料、分散粘结剂和高纯硅原料的方法；回收的切削磨料、分散粘结剂重复用于硅片切削过程，而晶硅粒子可以作为回收高纯硅的原料。

背景技术

晶体硅太阳能电池是太阳能电池的主流，市场占有率90％以上。硅晶片的切削成本在整个太阳能产业链中，占30％左右，根据Photovoltaics International的报导，切削液的成本花销仅低于硅晶本身的成本。在硅晶片的加工制作中，通过专用的线切削设备将硅棒切削成不同直径和厚度的片材是目前国际上通行的加工方式，该切削过程中，常用聚乙二醇(PEG)将硬度高、粒度小且粒径分布集中的碳化硅(SiC)微粉分散成均匀的颗粒悬浮液，作为切削介质。切削过程中，由于钢线的往复运动，切削磨粒不断被磨损、细化，磨料粒径分布不断偏移，同时钢线上的铁微粒以及硅棒屑也进入切削液，改变切削液的悬浮性质，使得磨料不再适合切削过程，这不可避免地产生大量的切削废液(亦称切削废液)，其中含有大量可重复利用的切削悬浮液液体、切削磨料和切削过程中流入的高纯硅微粉。随着环保要求的提高，对晶体硅片生产成本降低的要求，切削废液的资源化处理成为必然。

目前有一些专利涉及对切削废液的处理和研究，主要利用传统的固液分离技术如沉降、离心分离、板框过滤等技术的一个或几个的组合实现分离目的。CN101580458A提供了一种切削废液中丙二醇的回收方法，先将切削废液加热升温离心分离，得到的悬浮液经板框过滤后，蒸馏脱水获得丙二醇。该方法需要将大量的切削废液加热，耗费巨大的热能，同时对设备的损耗大，并且丙二醇产品较差。专利WO2006/137098提供了一种回收切削磨料中磨料和切削悬浮液液体的方法，首先用离心机处理切削废液，浓缩液经加热用旋液分离器分离，然后用过滤器过滤，再水洗，碱洗，冲洗，化学清洗，热水冲洗，干燥获得可重复利用的SiC。离心与旋液分离器获得的悬浮液用过滤器过滤，添加化学药剂后微孔过滤，清液经蒸馏、冷凝、过滤获得可重复利用的PEG。获得的产品品质好，但是其工艺流程长，操作复杂，能耗高，产能不足等缺点。

总结而言，传统的板框过滤、沉降、离心分离等固液分离方法在切削废液的回收处理中已有应用，但是沉降分离的低效率，滤布过滤的穿滤现象和高速离心设备的费用昂贵问题已经严重影响了切削废液的高效回收，具体地表现在以下几个方面：

(1)采用多级过滤技术进行固液分离，工艺流程复杂，投资大，有用物质回收周期长，效率低；(2)固液分离后得到的切削悬浮液液体用交换树脂和蒸馏除去金属离子和水分，工艺流程长，能耗大，还可能引起分子结构的变化。(3)仅回收SiC和PEG，对切削过程中流入的高附加值高纯硅当杂质处理或将其转化为低廉的白炭黑等物质，严重浪费资源。

膜分离技术是近年来发展起来的新一代工业分离技术，具有设备占地面积小、操作简单、运行维护方便、环境友好、产水质量稳定可靠等优点，已广泛而有效的应用于冶金、能源、石化、生化、电子、环境、医药卫生等领域，形成了新兴的高科技产业。

膜分离技术在切削废液处理中的应用也有所体现。CN101474511A采用离心分离，板框压滤，微孔膜过滤和离子交换等手段结合处理切削废液回收有用成分，但其过程采用的膜只是作为辅助手段，在整个工艺中仅占少部分作用，无法从根本上提高产能，增加处理量。并且所使用的中空纤维膜，机械强度低，易脆易碎，不适用于长期处理粘度高，颗粒硬度大的切削废液。CN101327采用一次膜过滤提取PEG和SiC微粉，但是在膜管上形成厚实的滤饼，采用直接反吹的办法获得SiC干渣，膜通量衰减快，无法连续操作，显然处理量小，劳动强度高，不是可以长期稳定运行的切削废液处理工艺。CN101565649A同样利用了膜技术处理二级固液分离后的悬浮液，然后结合离子交换和蒸馏等手段回收PEG和SiC微粉，但是存在和上述过程同样的问题，并且离子交换树脂的用量极大，其恢复时间长，重复使用效率低，造成总体的回收效率低。因此目前虽然膜技术在切削废液资源化处理过程中的应用有所体现，但是膜处理仅在某个工段发挥作用，或者膜本身存在缺陷，并没有从根本上解决投资成本高，自动化程度低，难于连续化，最终造成处理工艺产能低，能耗高，回收效率低的问题。