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切割液回收流程

切割液回收处理方式从全球范围线切削液的发展来看,大体都是从油基切削液逐渐发展到水基切削液,以聚乙二醇(PEG)、胺碱、渗透剂、醇醚活性剂及去离子水为主要成份。

由于PEG为主要成份的化合物具有浸润性好,排屑能力强的特点,且对碳化硅类磨料具有高悬浮、高润滑、高分散的特性,能够满足整个切割过程对切割液的质量要求和技术标准,对硅片的加工过程起着无可替代的作用。

太阳能光伏电池用晶硅切割液,具有适宜的粘度、良好的流动性和热传导性,对碳化硅微粉具有良好的分散稳定性和悬浮作用。

切割液的主要作用是使混有碳化硅的砂浆保持良好的流动性,均匀稳定的分散碳化硅颗粒,在钢线的高速运动中均匀平稳的作用于硅料表面,同时及时带走热量和杂质颗粒,保证切割出的硅片的质量。

工业上PEG是由环氧乙烷与水或乙二醇,以氢氧化钠或氢氧化钾为催化剂,在聚合釜内进行加成聚合得到的,反应按阴离子聚合机理进行。

其分子式:R(CH2OCH2)nOH,n 值根据PEG 相对分子质量来确定。

n=2也称为DEG。

在分子量为200的PEG中n=3,一般是4个分子的聚合。

用于硅晶棒切片过程中的悬浮液的聚乙二醇(PEG)分子量通常为300-400 ,如PEG-400,其聚合度(n)为8~9;粘度在40左右较为适宜。

这一级别的PEG具有适宜的粘度指标,既有良好的流动性,又对碳化硅微粉具有良好的分散稳定性,带砂能力强。

完成聚合反应后得到的产品,还经过中和、吸附、脱水,过滤江流等,以获得含水量低,色泽浅、无异味性能良好、品质均一的产品。

辽宁奥克化学股份有限公司成为国内最大的PEG制造商,采用自主开发的乙氧基化催化聚合生产技术,所生产的PEG系列产品分子质量准确、分布窄、色泽洁白,各主要质量指标均达到国外同类产品质量标准。

切割液的表面张力在38-42 mN/m左右,砂浆的比热在0.78-0.90,摩擦系数在0.585-0.605。

2008年大多数硅片人都意识到废砂浆回收的重要性,这一动作不仅可以降低硅片的成本,而且还能在很大程度降低环境污染。

于是太阳能硅片切割液废砂浆回收企业一时间遍地开花,但真正意义上成功的企业很少,他们回收的切割液返回切片厂使用出现了这样那样的问题。

2009年对于太阳能硅片切割行业的辅料供应商而言,已然是新液和新砂市场大幅度萎缩,回收市场趋于稳步上升的一年。

纵观整个切片企业而言,大中型切片厂在这一年里普遍或自建废砂浆回收处理厂(如海润、晶龙、晶科、赛维、隆基等),亦或选择已有的废砂浆回收处理企业作为其配套的合作伙伴(如英利、昱辉、天合等);而中小硅片切割企业也开始重视使用一部分回收液或者回收砂。

液相色谱:由于高效液相色谱(HPLC)采用紫外可见光度检测,而大多数有机物均有紫外可见吸收,因此HPLC可以对大量有机化合物进行分析。

结果表明:1. 回收液的成分很接近于PEG-200;2. 新液是以PEG-400和PEG-100为主的混合物。

本文主要介绍以压滤为主的离线切割液回收的流程:废砂浆搅拌均匀,经过压滤机压滤,初步固液分离。

液体通过精密过滤进行脱色,符合色度;采用离子交换树脂脱除金属离子杂质符合电导率;然后采用三级真空减压蒸馏脱除水分,符合水分要求。

过滤的形式:不同的过滤方式对应不同粒径的颗粒(左图),而且使用的压力差不同(右图)。

(1)微滤:以多孔细小薄膜为过滤介质,压力为推动力,使不溶性物质得以分离的操作,孔径分布范围在0.025~14μm之间;(2)超滤:分离介质同上,但孔径更小,为0.001~0.02 μm,分离推动力仍为压力差,适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质;(3)反渗透:是一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作,孔径范围在0.0001~0.001 μm之间;(4)纳滤:以压力差为推动力,从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程,孔径分布在平均2nm。

(5)电渗析:以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作;微孔,均质的多孔膜,孔径0.02-10μ微孔,能截留直径为0.05-10 μ 的微粒或分子量大于106 的高分子。

硅片切割使用的碳化硅粒径分布在20微米以内,因此需要的技术为微滤。

压滤简介:微滤过程(微孔过滤)原理: 原料液在压差0.2MPa作用下,小分子物质与小分子量物质透过膜上微孔,流到低压侧。

压滤的目的是将液中的大颗粒初步分离出来。

压滤机的选型在于滤布的材料,网孔的大小及与助滤剂的配合;容器中排列有大量中空的滤芯,用泵将物料打入容器,固体物质在滤芯表面形成一层滤饼层,液体在压力作用下通过滤饼层和滤芯孔眼透过滤芯排出,滤饼在气体反吹下掉落。

使一次离心液体能够稳定的通过滤布。

助滤剂:在过滤操作中,为防止滤渣堆积过于密实,使过滤顺利进行,增加过滤速率或得到高度澄清的滤液所加入的一种辅助性的粉粒状物质。

常用的助滤剂有硅藻土、珍珠岩、纤维素、石棉、石墨粉、锯屑、氧化镁、石膏、活性炭、酸性白土、纸粕、活性炭、金属屑和炉渣等。

目前主流使用的是硅藻土和珍珠岩。

硅藻土助滤剂的主要优点是:硅藻土具有很大的比表面积,具有良好的微孔结构、吸附性能和抗压缩性能,能吸附胶体物质,并形成空隙率很高的滤饼,是应用最广泛的助滤剂。

不仅能使被滤液体获得较好的流速比,并且能滤除微细的悬浮物,保证了澄清度。

硅藻土助滤剂的主要缺点是:1、资源缺乏。

生产硅藻土助滤剂需要硅藻含量高的优质硅藻土。

尽管我国的硅藻土资源丰富,但绝大多数为中低品位硅藻土矿,难以满足生产要求;2、生产成本较高。

硅藻土的生产工艺较复杂,加之优质硅藻土矿资源价格较高,目前国内硅藻土助滤剂的生产成本一直维持在较高水平;3、滤速相对缓慢,堆密度较大,按其质量加入往往达不到预期要求,多加又将使成本上升。

珍珠岩过滤剂的优点:孔隙率在80-90%,可以快速过滤并捕捉1微米以下的超微小颗粒。

在保持较高液体流速的同时节流固体,其化学稳定性极好;与硅藻土相比,重量轻(堆积密度较硅藻土轻20%)、滤速快,过滤效果好等优点。

珍珠岩的主要成分为:膜:制造膜的高分子材料很多,其中在工业上用得最广的是醋酸纤维素和聚砜。

聚砜膜的特点是稳定性好,但憎水性强。

聚砜膜有下列优点:使用温度可高达75℃;使用pH范围为1-13,耐氯性能好,一般在短期清洗时,对氯的耐受量可高达200mg/L,长期贮存时,耐受量达50mg/L, 孔径范围宽,截l留分子量从1000至500000的范围,符合于超滤膜的要求,但不能制成反渗透膜。

聚矾膜的主要缺点是允许的操作压力较低,对于平板膜,极限操作压力为0.7MPa,对中空纤维膜为0.17MPa。

砂浆回收使用的中空纤维膜超滤采用聚醚砜中空纤维膜。

膜清洗试剂:水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等。

原则:去污能力好,对膜无损害,成本最低。

方法:反向清洗,试剂置换,化学降解消化。

预防:膜的预处理(用乙醇浸泡聚砜膜),料液预处理(调pH,预过滤),开发抗污染膜,临界压力操作等。

切割液经过精密过滤器,容器中排列有大量中空的滤芯,其中有硅藻土、活性炭对切割液进行脱色符合色度。

树脂离子交换:利用大孔阴阳离子交换树脂具有相当大的表面积及相当多的微孔进行离子去除,将电导率降低到很低的水平小于1μs/cm。

阳离子可以选用001×7,大孔阴离子可用D201×7。

蒸馏:采用减压蒸馏脱除部分水分,脱水温度控制在120℃以下,水分控制在小于0.5%。

这样,既利用了减压蒸馏处理量大、温度低的特点。

三效浓缩蒸发器:PEG在负压状态下进行水分蒸发.蒸汽可以充分利用,三效蒸发罐,二效罐比一效负压高,三效比二效罐负压高,这样一效出来的冷凝蒸汽可以进入二效罐加热,二效罐出来的整齐可以进入到三效罐加热,蒸汽利用率高。

赛锡液体回收工艺流程在三级蒸馏后还有第四个罐体对液体进行充分混合,使液体组分更加均匀。

第四个罐体也就可能与部分新切割液(如奥克)进行预混,保持切割液的性能稳定。

一般情况下,使用压滤的方式通过添加助滤剂,切割液中的微量组分会进入固相中;通过水稀释及蒸馏方式,切割液中有效成分(分散剂与螯合剂)损耗较小。

累积到一定程度,配置砂浆容易出现砂浆性能不均匀,导致所谓的粘片涨片现象。

一般情况下回收液厂家增加部分螯合剂、表面活性剂和渗透剂不同。

表面活性剂(醚醇类OP-7等)、螯合剂(四羟乙基乙二胺、FA/O 等)、渗透剂(JFC )、粘度调节剂、抗氧剂(R4-1等)及稳定剂(过氧化氢异丙苯等)等添加剂,具体的配方各公司都是严格保密的。

表面活性剂:非离子型表面活性剂在水溶液中不电离:其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团(醚基或羟基)与水构成氢键实现溶解的一类表面活性剂。

回收液中常用活性剂包括:聚乙二醇单油酸酯、聚乙二醇双油酸酯、聚乙二醇单硬脂酸酯、聚乙二醇双硬脂酸酯;或聚氧乙烯仲烷基醇醚渗透剂。

再生切割液螯合剂:螯合剂含有两个或多个能‘给予’电子对的原子,原子与金属离子络合成环状的螯合物,从而使金属离子不再向硅片内扩散, FA /O 切削液中选择的是河北工业大学研制的一种无金属离子螯合剂。

此种螯合剂, 溶于水, 且可形成具有13 个环以上的螯合物, 有相当大的稳定性。

理想的螯合剂应具有如下条件:①在较宽的pH值范围内都能可靠有效的与多价金属离子生成稳定的络合物;②稳定性好,不受普通强酸、强碱或溶剂影响;③与其他助剂相容性好,不挥发,不迁移;④无毒,安全;渗透剂(JFC):全称是脂肪醇聚氧乙烯醚,属非离子表面活性剂。

渗透剂顾名思义是起渗透作用,也是具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质。

渗透剂一般分为非离子和阴离子两类。

非离子的有JFC、JFC-1、JFC-2、JFC-E等;阴离子的有快速渗透剂T、耐碱渗透剂OEP-70、耐碱渗透剂AEP、高温渗透剂JFC-M等等。

粘度调和剂:主要成分为含多羟基的聚丙烯酸酯。

主要作用:①降低表面张力,便于单体分散成细小的液滴,即分散单体;②在单体液滴表面形成保护层,防止凝聚,使乳液稳定;③增溶作用主要参数:临界胶束浓度CMC越小,越易形成胶束,乳化能力越强。

亲水亲油平衡值(HLB值):8-18为宜;三相平衡点与浊点;具体成分的选用以切割液成分的检测及硅片切割过程出现的问题倾向进行调整。

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