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切割液及碳化硅的基本性质

关键词:硅片回收 电池片回收 太阳能电池板回收 多晶硅回收 │ 发表时间:2018-10-17

切割液的基本性质
硅片切割液可根据成分的不同分为两类:⑴ 油性切割液,主要成分为矿物 油,但该切割液容易燃烧,环境污染严重,加工后的硅片需要使用对人体有害 的含氯溶剂进行清洗等,已经很少使用 。⑵ 水性切割液,主要使用水或水溶 性为主的分散剂,加工后的硅片直接用清水洗涤,无需使用有机溶剂,对人体 无危害,对设备腐蚀性小,对环境影响小、切割效率高,是现阶段主要采用的 切割液。
碳化硅的基本性质
⑴ 抗氧化性 氧化动力学表明碳化硅氧化反应为扩散控制过程。空气中加热至 1000 ℃ 以上时碳化硅表面开始形成一层 SiO 2 保护膜,随着保护膜的加厚,碳化硅的进 一步氧化被抑制,因此碳化硅具有良好的抗氧化性。 ⑵ 化学稳定性 碳化硅表面的 SiO 2 保护膜使得即使在较高温度下碳化硅也不和强酸反应 ,所以,碳化硅的抗氧化性影响其化学稳定性,碳化硅的化学稳定性不是它 固有的性质,表面保护膜的破坏将会影响到这一性质。例如:在空气中,碳化 硅能被熔融的强碱或碳酸钠分解。
碳化硅的应用
由于碳化硅具有抗氧化性强、性能稳定、耐磨及耐蚀性好、硬度高等特性 得到了广泛的应用。
⑴化工领域:碳化硅是新型的脱氧剂,与传统的碳粉脱氧相比,脱氧时 间短,效果好,提高了钢的质量。
⑵ 磨具磨料:由于硬度高和化学性能稳定,因此可用于制造砂纸、砂轮 等。
⑶耐火材料:碳化硅具有高熔点的特性,可用于各种冶炼炉衬、碳化硅 坩埚、热电偶保护管等。
⑷ 陶瓷领域:制造耐磨损、耐腐蚀、耐高温的碳化硅陶瓷材料。
⑸ 硅片切割:由于具有硬度高、粒度小、粒径分布密集的特点,碳化硅与 聚乙二醇等混合成为硅片切割液被广泛使用
随着光伏产业的发展,作为传统磨料的碳化硅,由于其硬度高、粒度小且 粒径分布集中等性质成为硅片多线切割中主要的切削介质。为了保证切割过程 的稳定,在硅片切割加工过程中需要加入大量的切割砂浆,其主要组成是碳化 硅微粉和具有分散特性的聚乙二醇( PEG )等 。在切割加工过程中,机械力 的作用导致碳化硅的六方晶体外形钝化,直至趋向于球形 ;另外,切割过程 产生的热量和进入砂浆的少量硅粉和金属屑,最终导致砂浆不能满足切割要求 而成为废料,该废料中大部分的碳化硅仍未得到充分利用,导致原料的大量浪 费 。
目前,中国在用的进口硅片切割机约为五千到六千台,国产切割机也有一 定规模的在用数量。依照上述数据计算,每年硅片切割行业更换下来的废料可 达 150 万 t 以上,其中废料的经济价值高达 600 亿人民币以上。近几年来,尽 管行业内不少企业开始利用各种手段回收切割废料,但实际回收的总量仍不到 20% 。
青海省依托丰富的太阳能资源大力推进光伏产业的发展力度,但在太阳能 光伏产业发展过程存在以下问题:首先是硅片生产企业对硅片切割刃料需求量 增加;其次则是这些厂家对使用后的废料无法进行及时有效的处理 。
青海华硅能源有限公司生产太阳能级单晶硅、 IC 级单晶硅、多晶硅以及单 晶硅、多晶硅片。根据目前该公司现有的 16 台线切割设备的生产能力,按一天 加工 2.5 刀计算,则全年需要的切割砂浆约为 2268 吨,废料储存量约为 2000t 左右。每吨料浆中碳化硅含量约为 0.45t ,按 90% 的回收率计算,可回收碳化 硅 810t ,按市场价 2 万 /t 计算,可增加利润约 1600 万。按照《固体废弃物污染 环境防治法》( 2005 年 4 月 1 日)的相关规定,该废料属于固体废弃物的范围 。
碳化硅的合成过程中会释放出大量有害气体,这些气体对大气环境造成比 较严重的污染。所以,实现高纯碳化硅粉的资源化利用,从硅片切割废料中回 收高纯度、符合硅片切割加工工艺要求的碳化硅,不仅可以最大限度地提高资 源的有效利用率,同时可以降低生产成本,避免环境污染。

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