[发明专利]硅片切割废砂浆中二氧化硅、硅和碳化硅的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能、电子行业硅片切割废砂浆回收领域，特别是涉及测定太阳能、电子行业硅片切割废砂浆中二氧化硅、硅和碳化硅的方法。

背景技术

硅单质作为重要的光电材料、半导体材料，几乎占了成本的50%。在实际加工过程中，需要将单质硅体进行线切割制成符合要求的硅片，这就不可避免的存在一定量的硅（含量高达50%~52%）以磨损、掉落的方式进入切割液中。随着切割液中硅含量的增加，切割效率降低，最终导致切割液不能满足切割要求而形成废砂浆，其组成一般为：聚乙二醇、碳化硅、硅、二氧化硅、金属粉末及其氧化物等。

国内外对于切割废砂浆的回收技术可以分为两大步骤，即固液分离和固固分离。固液分离主要是指分离聚乙二醇和固体混合物，固固分离主要是分离硅和碳化硅。经过固液分离回收聚乙二醇之后，剩下的固体混合物主要含有硅、二氧化硅和碳化硅，如何准确测定这三者的含量，是进行下一步分离的前提条件，而目前专利中没有关于这方面的报道。现行国标GB/T3045-2003规定了一种测定普通磨料碳化硅的化学分析方法，其中包含硅，二氧化硅和碳化硅的分析方法。该方法采用二氧化硅与无水碳酸钠于铂坩埚中850℃~900℃熔融制备二氧化硅标准溶液，硅钼蓝法分别测定二氧化硅和硅的含量，然后通过作差得出碳化硅的含量。该方法操作要求高，所用的铂坩埚价格昂贵，且只适用于碳化硅磨料及碳化硅含量不小于95%的结晶块的化学成分测定。因硅片切割废砂浆中碳化硅含量一般远低于95%，故国标GB/T3045-2003不能满足实际二氧化硅、硅和碳化硅含量的测定。

发明内容

针对现有技术中的空缺，本发明的目的在于提供硅片切割废砂浆中二氧化硅、硅和碳化硅的测定方法。采用分光光度计法和重量法相结合进行测定，具有精密度高、准确度高、成本低、效率高的优点。

本发明的技术方案：

发明原理：首先采用离心分离和酸洗分别去除试样中的聚乙二醇、金属粉末及其氧化物，然后用蒸馏水反复清洗直至pH值为6.5~7，得到水洗后只含二氧化硅、硅和碳化硅的固体颗粒；二氧化硅与过量的氢氟酸反应生成氟硅酸，氟硅酸再与氯化钾反应生成氟硅酸钾沉淀和盐酸，氟硅酸钾沉淀在热水中分解成氟化钾，硅酸和氢氟酸，硅酸与钼酸铵反应生成硅钼黄，测其吸光度并通过公式换算得出二氧化硅的含量；硅与氢氟酸、双氧水反应生成四氟化硅气体和水，反应后的减量即为硅的含量；再用100%减去硅和二氧化硅的含量即为碳化硅的含量。

反应涉及到的化学方程式为：

SiO₂+4HF→SiF₄↑+2H₂O

SiF₄+2HF→H₂SiF₆

H₂SiF₆+2KCl→K₂SiF₆↓+2HCl

K₂SiF₆+3H₂O→KF+H₂SiO₃+4HF

H₂O₂+HCL→HCLO+H₂O

Si+2HCLO+4HF→SiF₄↑+2HCL+2H₂O

硅片切割废砂浆中二氧化硅、硅、碳化硅的分析方法，包括以下步骤：

（1）样品预处理：对硅片切割废砂浆进行固液分离去除聚乙二醇，酸洗去除金属粉末及其氧化物，然后用蒸馏水反复清洗直至pH值为6.5~7，得到水洗后只含二氧化硅、硅和碳化硅的固体颗粒，并进行干燥；

（2）样品反应：将步骤（1）得到的固体颗粒研细，干燥，取其中的M g，放入塑料烧杯中，加入氯化钾溶液、盐酸和氢氟酸，所加入的体积毫升量分别是待测试样质量克数的20倍、60倍、60倍，在50~70℃水浴上加热20min~60min，冷却，加入氯化铝溶液，所加入的体积毫升量是待测试样质量克数的240倍，混匀，移入100mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀后过滤，得到含有硅酸的样液和固体混合物；

（3）样品显色：用移液管取步骤（2）所得的样液V₁mL于100mL容量瓶中，加水至溶液体积为50mL，加入对硝基苯酚溶液2滴~3滴作为指示剂，用氨水中和至溶液呈黄色，立即加入盐酸5mL，加入钼酸铵溶液5mL，放置5~10min，加入酒石酸酸溶液5mL，加水稀释至刻度，摇匀，放置10~15min；