JP5299042B2 - Silicon cutting powder oxidation inhibiting method and silicon cutting powder oxidation inhibiting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン凝固塊を、クーラント水をかけながらブレードなどを使用して切断する際に発生するシリコン切削粉を含むクーラント水において、シリコン切削粉とクーラント水とを効率良く固液分離するためのシリコン切削粉の酸化抑制方法およびシリコン切削粉の酸化抑制装置に関する。 The present invention is to provide a solid-liquid separation of silicon cutting powder and coolant water efficiently in coolant water containing silicon cutting powder generated when a silicon coagulum is cut using a blade or the like while applying coolant water. The present invention relates to a method for suppressing oxidation of silicon cutting powder and an apparatus for suppressing oxidation of silicon cutting powder.
太陽電池向けの多結晶シリコンおよび単結晶シリコンの製造において、シリコンの純度向上を目的に、溶融シリコンを容器にいれた後、一方向より冷却などによって温度を低下させることによって、温度勾配を付け、一方向(例えば、下部)から徐々に凝固させ、シリコン内の不純物(鉄、アルミなど)を他方向(例えば、上部)に移動させ濃縮させる、一方向凝固が行われている。 In the production of polycrystalline silicon and single crystal silicon for solar cells, for the purpose of improving the purity of silicon, after putting molten silicon into a container, by lowering the temperature by cooling etc. from one direction, a temperature gradient is added, Unidirectional solidification is performed in which solidification is gradually solidified from one direction (for example, the lower part), and impurities (iron, aluminum, etc.) in silicon are moved and concentrated in the other direction (for example, the upper part).
端部(例えば、上端部)に不純物が濃縮したシリコン凝固塊は、当該端部を切断により除去し、残部として純度の高いシリコン凝固塊を回収することができる。この切断の際に、シリコンの切削粉が発生する。 The silicon coagulum having impurities concentrated at the end (for example, the upper end) can be removed by cutting the end and the high-purity silicon coagulum can be recovered as the remainder. During this cutting, silicon cutting powder is generated.
例えば、図1に示すように、シリコン凝固塊1をブレード2などを使用して、ブレード2を冷却しながら切断する。ブレード2を冷却するには、冷却水(クーラント水ともいう)5が用いられ、純水が使用されることが多い。その結果、シリコン切削粉はクーラント水と混合した状態で発生する。このクーラント水は、クーラント水槽3に一時的に貯留された後、ポンプ4によって、再度、冷却水5としてブレード2にかけられて、通常、繰り返し使用される。
For example, as shown in FIG. 1, the silicon coagulated
クーラント水槽3中のクーラント水は、シリコン切削粉の濃度がある値以上になると廃棄される。廃棄するには、通常、濾過し、シリコン切削粉と液体部を分離した後に廃棄される。しかしながら、後述するように、クーラント水中の珪酸イオンの一部が、ゲルまたはコロイド状になって濾過面を覆い、濾過抵抗が大きくなることで、濾過がし難くなるという問題があった。
The coolant water in the
すなわち、このシリコン切削粉の主成分は金属シリコンであり、μmオーダーの微粉末を多く含み、このシリコン切削粉の比表面積は非常に大きく、しかも活性である。そのため、シリコン切削粉の一部は、クーラント水中の水酸基と反応して水素を発生させながら、珪酸イオンとなり、アルカリ性が強ければ強いほど、この珪酸イオン量は増加する。この珪酸イオンの一部が更に水と反応して、二酸化ケイ素(シリカ)まで酸化され、ゲル状またはコロイド状になり、クーラント水中からシリコン切削粉を分離する際の固液分離性を悪化させるという問題があった。 That is, the main component of this silicon cutting powder is metallic silicon, which contains a large amount of fine powder on the order of μm, and the specific surface area of this silicon cutting powder is very large and active. Therefore, a part of the silicon cutting powder reacts with a hydroxyl group in the coolant water to generate hydrogen and becomes silicate ions, and the stronger the alkalinity, the more this silicate ion amount increases. A part of this silicate ion further reacts with water and is oxidized to silicon dioxide (silica) to form a gel or colloid, which deteriorates the solid-liquid separation property when separating silicon cutting powder from coolant water. There was a problem.
また、生じた珪酸イオンが更に水と反応して、二酸化ケイ素(シリカ)まで酸化されてしまうと、シリコン切削粉は、切削直後においては、金属シリコンが主体であることからこれを回収して原料として再利用を図りたいが、酸化してシリカとなってしまうことから、有効活用が難しいという問題もあった。 In addition, when the generated silicate ions further react with water and are oxidized to silicon dioxide (silica), the silicon cutting powder is recovered from raw material mainly because it contains metallic silicon immediately after cutting. However, there is also a problem that effective utilization is difficult because it is oxidized to silica.
これに対して、シリコン切削粉の酸化はpHによって影響されるため、研削・研磨装置から排出される排水に対して、pHセンサー13で排水のpHを測定しながら、酸性剤6によりpHを所定の範囲に制御することでシリコン切削粉の酸化を抑制する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
On the other hand, since the oxidation of the silicon cutting powder is affected by the pH, the pH is predetermined by the
固液分離性を向上させるにはクーラント水のpHを酸性側に制御する必要があるが、pHを下げすぎると設備腐食の問題が生じてくるため、pHは4以上で制御することが好ましい。 In order to improve the solid-liquid separation property, it is necessary to control the pH of the coolant water to the acidic side. However, if the pH is lowered too much, the problem of equipment corrosion occurs. Therefore, the pH is preferably controlled to 4 or more.
しかしながら、シリコン切削粉は、μmオーダーの微粉末を含む微細な切削粉が存在するため、発生した水素がシリコン切削粉に付着し、微細なシリコン切削粉を浮上させる現象が生じ、pHセンサーのガラス電極表面にこの浮上したシリコン切削粉が付着することにより、pHセンサーの応答性と測定精度が低下して、pH制御が困難になるという問題があった。しかも、付着した微細なシリコン切削粉は、水による洗浄では完全に除去するのは難しく、電極部の洗浄によるメインテナンスを行っても、応答性や測定精度はあまり回復せず、長期間の安定的な制御ができないという問題もあった。 However, since silicon cutting powder contains fine cutting powder containing fine powder of the order of μm, the generated hydrogen adheres to the silicon cutting powder, and the phenomenon that the fine silicon cutting powder floats occurs, resulting in the glass of the pH sensor. When the surfaced silicon cutting powder adheres to the electrode surface, the responsiveness and measurement accuracy of the pH sensor are lowered, and pH control becomes difficult. Moreover, it is difficult to completely remove the adhered fine silicon cutting powder by cleaning with water, and even if maintenance is performed by cleaning the electrode part, the responsiveness and measurement accuracy are not recovered so much and stable for a long time. There was also a problem that it was difficult to control.
本発明は上記課題に鑑み、クーラント水中のシリコン切削粉の酸化を抑制し、シリコン切削粉とクーラント水の固液分離性を向上させる、pHセンサーを用いたpH制御法に代わるシリコン酸化抑制方法を提供することを目的とする。特に、長期間に亘っても応答性がよく、精度よく酸化抑制可能な、シリコン酸化抑制方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a method for suppressing silicon oxidation that replaces a pH control method using a pH sensor, which suppresses oxidation of silicon cutting powder in coolant water and improves solid-liquid separation of silicon cutting powder and coolant water. The purpose is to provide. In particular, an object of the present invention is to provide a method for suppressing silicon oxidation, which has good responsiveness over a long period of time and can accurately suppress oxidation.
本発明の特徴は以下の通りである。
(1)クーラント水をかけながらシリコン凝固塊を切削し、生じたシリコン切削粉を含むクーラント水をクーラント水槽に移送し、前記クーラント水槽中のクーラント水面に、筒の片側が浸漬するように筒を設置し、当該筒の内部で前記水面から発生する水素の濃度を測定し、当該水素濃度値に応じて前記クーラント水に酸性剤を添加して、前記シリコン切削粉の酸化を抑制することを特徴とするクーラント水中のシリコン切削粉の酸化抑制方法。
(2)前記測定した水素濃度が所定値以下になるように、前記酸性剤を添加することを特徴とする請求項1に記載のクーラント水中のシリコン切削粉の酸化抑制方法。
(3)前記クーラント水槽中のクーラント水が、前記シリコン凝固塊の切削用のクーラント水として循環利用されていることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載のクーラント水中のシリコン切削粉の酸化抑制方法。
(4)前記クーラント水槽からシリコン切削粉を含むクーラント水の一部又は全部を抜き取り、当該抜き取ったクーラント水のpHを4以下にして、シリコンの酸化を停止させることをさらに含むことを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1つに記載のクーラント水中のシリコン切削粉の酸化抑制方法。
(5)前記循環利用するクーラント水を使用前に冷却することを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1つに記載のシリコン切削粉の酸化抑制方法。
(6)前記(3)に記載のシリコン切削粉の酸化抑制方法に使用するシリコン切削粉の酸化抑制装置であって、クーラント水槽と、シリコン切削粉が含まれるクーラント水を前記クーラント水槽に移送する配管と、前記クーラント水槽中のクーラント水面に片側が浸漬するように設置される筒と、前記筒の内部に設置される水素濃度センサーと、前記水素濃度センサーで測定された水素濃度値に応じて酸性剤の投入量を調整できる酸性剤貯留タンクとを備えていることを特徴とするクーラント水中のシリコン切削粉の酸化抑制装置。
The features of the present invention are as follows.
(1) Cutting the silicon solidified lump while applying the coolant water, transferring the coolant water containing the generated silicon cutting powder to the coolant water tank, and placing the cylinder so that one side of the cylinder is immersed in the coolant surface in the coolant water tank. It is installed, the concentration of hydrogen generated from the water surface inside the cylinder is measured, and an acid agent is added to the coolant water according to the hydrogen concentration value to suppress oxidation of the silicon cutting powder. A method for suppressing oxidation of silicon cutting powder in coolant water.
(2) The method for inhibiting oxidation of silicon cutting powder in coolant water according to
(3 ) The silicon cutting powder in the coolant water according to (1) or (2) , wherein the coolant water in the coolant water tank is circulated and used as coolant water for cutting the silicon solidified lump. Of oxidation inhibition.
( 4 ) The method further comprises extracting a part or all of the coolant water containing silicon cutting powder from the coolant water tank, setting the pH of the extracted coolant water to 4 or less, and stopping the oxidation of silicon. The method for suppressing oxidation of silicon cutting powder in coolant water according to any one of (1) to ( 3 ).
(5) the oxidation control method of a silicon cuttings according to any one of the circulation, characterized in that cooling prior to use coolant water to use (1) to (4).
( 6 ) An oxidation suppression apparatus for silicon cutting powder used in the method for suppressing oxidation of silicon cutting powder according to (3 ), wherein a coolant tank and coolant water containing silicon cutting powder are transferred to the coolant tank. According to piping, a cylinder installed so that one side is immersed in the coolant surface in the coolant tank, a hydrogen concentration sensor installed inside the cylinder, and a hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration sensor An apparatus for suppressing oxidation of silicon cutting powder in coolant water, comprising an acid agent storage tank capable of adjusting the amount of acid agent charged.
本発明により、シリコン凝固塊をブレードなどで切断する際に発生するクーラント水中のシリコン切削粉の酸化を安定的に抑制し、シリコン切削粉とクーラント水との固液分離性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to stably suppress the oxidation of silicon cutting powder in the coolant water generated when cutting the silicon solidified lump with a blade or the like, and improve the solid-liquid separation between the silicon cutting powder and the coolant water. It becomes.
本発明においては、クーラント水を循環して使用するために、例えば、図2に示すような設備構成の下で、適用することができる。クーラント水を循環使用する理由は、排水処理費用を低減するためである。 In this invention, in order to circulate and use coolant water, it can apply, for example under the installation structure as shown in FIG. The reason for circulating the coolant water is to reduce wastewater treatment costs.
まず、図2に基づいて、本発明の装置構成を説明する。 First, the apparatus configuration of the present invention will be described with reference to FIG.
シリコン凝固塊1を切断するブレード2があり、そのブレードにクーラント水5をポンプ4にてクーラント水移送配管26を経由して送水し冷却している。ブレード2にかけられた冷却水5は、クーラント水移送配管26を経由してクーラント水槽へ戻る。クーラント水槽上部には、後述する水素の拡散を抑制する筒(両端は開放状態)8を、筒の下端をクーラント水槽3の水表面内に浸漬した状態で設置している。筒8内には水素ガス濃度センサー9があり、クーラント水中で発生した水素は筒内を上昇する際に、水素濃度を測定している。水素濃度がある値以上になると、酸性剤貯留タンク27内の酸性剤6がポンプ7によって、クーラント水槽3中に投入される。また、クーラント水槽3中のクーラント水の温度は、温度計10にて測定し、ある値以上になると、冷却装置11にて冷却している。
There is a
次に、水素発生量に対するクーラント水のpHの影響について述べる。 Next, the influence of the pH of the coolant water on the hydrogen generation amount will be described.
10%のシリコン切削粉を含有するクーラント水を100ml採取し、三角フラスコ内で攪拌して50℃一定に調整の下、希硫酸もしくは水酸化ナトリウム溶液で、pHを変動させてその影響を調査した。その結果の水素発生量を図3(クーラント水のpHの水素発生量に対する影響)に示す。アルカリ側になればなるほど、水素発生量は増加するが、pHが7以下になると水素発生量は低下し、pHが6以下では殆ど水素は発生しなくなり、pH4.3以下ではゼロとなる。pH4.3超の水素発生領域では、下記の(式1)に示すように、シリコンが水酸基と反応し水素が発生し、(式2)に示すように、珪酸イオンがゲル状またはコロイド状シリカとなり、(式1)の進行に従って反応していないシリコン切削粉とクーラント水の固液分離性を悪化させる。特にpHが高い領域(アルカリ側)では、珪酸イオンからのゲル状またはコロイド状シリカの発生量が大きくなり、その結果、固液分離性を著しく悪化させると言える。そこで、クーラント水のpHを7以下、好ましくは6以下とすることで、シリコンの酸化は抑制され、シリコン切削粉とクーラント水の固液分離性が改善できる。 100 ml of coolant water containing 10% silicon cutting powder was sampled, stirred in an Erlenmeyer flask and adjusted to a constant 50 ° C., and the pH was changed with dilute sulfuric acid or sodium hydroxide solution to investigate the effect. . The resulting hydrogen generation amount is shown in FIG. 3 (effect of coolant water pH on hydrogen generation amount). The more hydrogen is generated, the more hydrogen is generated. However, when the pH is 7 or less, the hydrogen generation is decreased. When the pH is 6 or less, almost no hydrogen is generated, and when the pH is 4.3 or less, the hydrogen generation is zero. In the hydrogen generation region exceeding pH 4.3, as shown in the following (formula 1), silicon reacts with a hydroxyl group to generate hydrogen, and as shown in (formula 2), silicate ions are in a gel or colloidal silica. Thus, the solid-liquid separability of the silicon cutting powder and the coolant water which have not reacted in accordance with the progression of (Equation 1) is deteriorated. Particularly in the high pH region (alkali side), it can be said that the amount of gel-like or colloidal silica generated from silicate ions increases, and as a result, the solid-liquid separation property is remarkably deteriorated. Therefore, by setting the pH of the coolant water to 7 or less, preferably 6 or less, the oxidation of silicon can be suppressed, and the solid-liquid separability of silicon cutting powder and coolant water can be improved.
Si(シリコン) + 3OH-(水酸基) → SiO3 2-(珪酸イオン) + 3/2H2↑ (式1)
SiO3 2- + (X+1)H2O
→ SiO2・XH2O↓(ゲル状またはコロイド状シリカ) + 2OH- (式2)
次に、水素の発生量と固液分離性の悪いゲル状またはコロイド状シリカの発生量について述べる。
Si (silicon) + 3OH - (hydroxyl) → SiO 3 2- (silicate ions) + 3 / 2H 2 ↑ (Equation 1)
SiO 3 2- + (X + 1) H 2 O
→ SiO 2 · XH 2 O ↓ ( gel or colloidal silica) + 2OH - (Equation 2)
Next, the generation amount of hydrogen and the generation amount of gel or colloidal silica with poor solid-liquid separation will be described.
(式1)および(式2)に基づき、1gの金属シリコンの存在下での水素発生総量に対する、シリコンの酸化の程度(=生じたSiO2の質量/(生じたSiO2の質量+残った金属シリコンの質量)との関係を表したのが図4である。 Based on (Formula 1) and (Equation 2), for hydrogen generation amount in the presence of a metal silicon 1g, the degree of oxidation of silicon (= resulting SiO 2 mass / (resulting SiO 2 mass + remaining FIG. 4 shows the relationship with the mass of metal silicon.
金属シリコンが酸化されるほど、水素が多く発生することがわかる。すなわち、水素の発生量を観察し、当該発生量を低減するように反応系を調整することで、金属シリコンの酸化を抑制でき、濾過をしにくいゲル状またはコロイド状のシリカの生成を低減できることがわかる。 It can be seen that as the metal silicon is oxidized, more hydrogen is generated. That is, by observing the amount of hydrogen generated and adjusting the reaction system so as to reduce the amount of generated hydrogen, the oxidation of metal silicon can be suppressed, and the generation of gel or colloidal silica that is difficult to filter can be reduced. I understand.
次に、クーラント水の水温の水素発生量に対する影響について述べる。 Next, the influence of the coolant temperature on the amount of hydrogen generated will be described.
10%のシリコン切削粉が含まれているクーラント水を100ml採取し、三角フラスコ内で攪拌して、希硫酸もしくは水酸化ナトリウム溶液で、pH7.2一定に調整の下、水温を5〜70℃の間で変動させてその影響を調査した。その際の水素発生量を図5に示す。 100 ml of coolant water containing 10% silicon cutting powder is sampled, stirred in an Erlenmeyer flask, adjusted to a constant pH 7.2 with dilute sulfuric acid or sodium hydroxide solution, and the water temperature is adjusted to 5 to 70 ° C. The effect was investigated by fluctuating between. The amount of hydrogen generated at that time is shown in FIG.
水温が高いほど、水素の発生量は多くなり、水温が低いほど水素の発生量は小さくなることがわかる。そこで、クーラント水の水温を低くすることで、(式1)に示すように水素発生が抑制され、かつ、珪酸イオンの発生が抑制されるため、(式2)のゲル状またはコロイド状シリカの発生を抑制でき、シリコン切削粉とクーラント水の固液分離性は改善できると言える。特に、40℃を超えると、水素の発生量が急激に増えるため、水温は40℃以下に調整することが好ましく、更には、30℃以下に調整することがより好ましい。水温の調整は、冷却水配管をクーラント槽内に配設するなどして、調整することができる。 It can be seen that the higher the water temperature, the greater the amount of hydrogen generated, and the lower the water temperature, the smaller the amount of hydrogen generated. Therefore, by lowering the coolant temperature, hydrogen generation is suppressed as shown in (Formula 1) and generation of silicate ions is suppressed, so that the gel-like or colloidal silica of (Formula 2) Generation | occurrence | production can be suppressed and it can be said that the solid-liquid separability of silicon cutting powder and coolant water can be improved. In particular, when the temperature exceeds 40 ° C., the amount of hydrogen generated increases rapidly, so the water temperature is preferably adjusted to 40 ° C. or lower, and more preferably adjusted to 30 ° C. or lower. The water temperature can be adjusted by, for example, arranging a cooling water pipe in the coolant tank.
図3および図5より、水素の発生量が少なくなるように、pHや水温を低く調整することで、シリコン切削粉の酸化を抑制できることが判る。 3 and 5, it can be seen that the oxidation of the silicon cutting powder can be suppressed by adjusting the pH and the water temperature low so that the amount of hydrogen generated is reduced.
ただし、水温調整においては、水温を5℃まで低下させても、わずかながら水素が発生する。シリコンの酸化は発熱反応であるため、水温5℃でも、常に発熱がある。さらに、シリコン凝固塊などの切断の際に、ブレードとの摩擦などにより発熱する。また、切断作業は、通常、常温の室内で実施されるため、ブレードおよびシリコン凝固塊へクーラント水がかけられるので、完全には断熱しにくい。更に、常温以下まで冷却するためには設備コストが増大する。これらのことにより、水温を低下させることには限界がある。これに対し、pHを低く維持することは、酸性剤を投入すればよく、容易である。よって、本発明において、シリコンの酸化を抑制し、水素発生を抑制するためのシリコン切削粉を含むクーラント水の調整には、水温調整よりもpH調整の方が好ましい。 However, in adjusting the water temperature, a slight amount of hydrogen is generated even when the water temperature is lowered to 5 ° C. Since the oxidation of silicon is an exothermic reaction, it always generates heat even at a water temperature of 5 ° C. Further, when the silicon solidified lump is cut, heat is generated due to friction with the blade. In addition, since the cutting operation is usually performed in a room temperature room, coolant water is applied to the blade and the silicon coagulated mass, so that it is difficult to completely insulate. Furthermore, the equipment cost increases for cooling to room temperature or lower. For these reasons, there is a limit to lowering the water temperature. On the other hand, it is easy to keep the pH low by adding an acid agent. Therefore, in the present invention, the pH adjustment is more preferable than the water temperature adjustment for the adjustment of coolant water containing silicon cutting powder for suppressing silicon oxidation and hydrogen generation.
また、シリコン切削粉の酸化量は、酸化速度に関係するpHと水温の因子以外に、クーラント水との接触時間(酸化時間)とも関係する。つまり、シリコン切削粉の酸化抑制のためには、クーラント水から早期に分離して酸化反応そのものを止めることも一つの手段となる。 Moreover, the oxidation amount of the silicon cutting powder is also related to the contact time (oxidation time) with the coolant water in addition to the pH and water temperature factors related to the oxidation rate. That is, in order to suppress the oxidation of the silicon cutting powder, it is also one means to stop the oxidation reaction itself by separating it early from the coolant water.
すなわち、本発明においては、(A)酸化速度を抑えるために、(a−1)水素発生量(濃度)をモニタリングして、当該発生量(濃度)が少なくなるように、酸性剤を投入してpHを調整する(下げる)ことをベースとするが、(a−2)更に、水温を低下させる手段を追加してもよく、更にまた(B)酸化時間を抑えるために、シリコン切削粉が生じた後、クーラント槽からクーラント水と切削粉を早期に分離する手段を追加してもよい。 That is, in the present invention, (A) in order to suppress the oxidation rate, (a-1) the amount of hydrogen generation (concentration) is monitored, and an acid agent is added so that the amount of generation (concentration) decreases. (A-2) Further, a means for lowering the water temperature may be added, and (B) In order to suppress the oxidation time, silicon cutting powder is used. After the occurrence, means for separating the coolant water and the cutting powder from the coolant tank at an early stage may be added.
(a−1)の手段においては、測定した水素濃度が小さくなるように、酸性剤を投入することで、クーラント水のpHを下げてシリコン切削粉の酸化を抑制するが、この酸化抑制効果は、発生する水素の濃度が小さい方が高くなるため、予めシリコン切削粉の酸化抑制程度と水素濃度との関係を調査し、必要な酸化抑制程度に応じた所定の水素濃度を設定して、その水素濃度以下になるように酸性剤を投入することが好ましい。 In the means of (a-1), by adding an acidic agent so as to reduce the measured hydrogen concentration, the pH of the coolant water is lowered and the oxidation of the silicon cutting powder is suppressed. Since the generated hydrogen concentration is lower, the relationship between the silicon cutting powder oxidation suppression degree and the hydrogen concentration is investigated in advance, and a predetermined hydrogen concentration is set according to the required oxidation suppression degree. It is preferable to add the acid agent so that the hydrogen concentration is lower than the hydrogen concentration.
但し、水素濃度の設定値として、ゼロ、もしくは、水素濃度センサーの検出下限より低い値を設定値とすることは、好ましくない。それは、水素濃度がゼロ又は検出限界以下ということは、pHが下がりすぎている可能性があることを意味し、詳細は後述するが、クーラント水のpHを下げすぎると、装置を構成する鋼材が腐食する可能性が高いためである。従って、上限を所定値以下とし、下限を検出限界超として、水素濃度を設定することが好ましい。以下にpHと鋼材腐食の関係について述べる。 However, it is not preferable that the set value of the hydrogen concentration is zero or a value lower than the detection lower limit of the hydrogen concentration sensor. That means that the hydrogen concentration is zero or below the detection limit means that the pH may be too low. As will be described in detail later, if the pH of the coolant water is too low, the steel materials constituting the apparatus will be This is because there is a high possibility of corrosion. Therefore, it is preferable to set the hydrogen concentration with the upper limit being a predetermined value or less and the lower limit being over the detection limit. The relationship between pH and steel corrosion will be described below.
切断機や研磨機や水槽などは、主に、普通鋼を材料として製造されている。クーラント水と接する接液部を、ステンレス材やFRPライニングなどの耐酸材でライニング処理を行うと、腐食の問題は課題とならないが、回転部分である切断刃や研磨デイスクなどに付着したクーラント水が飛散することを考えると、飛沫が飛散する領域において、全ての部材について、ステンレス材を採用したり、耐酸材でコーテイングする必要があり、設備費用が大きくなる。 Cutting machines, polishing machines, water tanks, etc. are mainly manufactured from ordinary steel. If the wetted part that contacts the coolant water is lined with an acid-resistant material such as stainless steel or FRP lining, the problem of corrosion will not be a problem, but the coolant water attached to the cutting blade or polishing disk that is the rotating part will not be a problem. In consideration of scattering, it is necessary to adopt stainless materials or to coat with acid-resistant materials for all members in the region where the splashes are scattered, which increases the equipment cost.
普通鋼は、pH4〜9の範囲では、鉄面が水酸化物皮膜で覆われ、腐食は水のpHと関係なく、 皮膜を通過する酸素による復極で決定される。一般的に、pH4以下ではその水酸化物皮膜が溶け去り水素を発生させながら、激しい腐食が生じる。 皮膜に有害な塩化物などが溶存する領域では、多少変わってくるが、Cl-とHCO3- を含有する水では腐食が増し、錆コブ発生傾向が現れる。つまり、クーラント水のpHを4以下に下げずに、かつ、酸性剤として、Cl-とHCO3- を含有しないものを選択することが好ましい。好ましい酸性剤としては、例えば、硫酸、硝酸、弗酸、ギ酸、酢酸などがある。 In ordinary steel, the iron surface is covered with a hydroxide film in the pH range of 4 to 9, and corrosion is determined by repolarization by oxygen passing through the film regardless of the pH of the water. Generally, when the pH is 4 or less, the hydroxide film dissolves away to generate hydrogen, and severe corrosion occurs. In areas where harmful chlorides and the like are dissolved in the film, it varies somewhat, but water containing Cl - and HCO 3- increases corrosion and tends to generate rust bumps. In other words, without lowering the pH of the coolant water to 4 below, and, as an acidic agent, Cl - it is preferable to select those which do not contain and HCO 3-. Examples of preferable acid agents include sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, formic acid, and acetic acid.
次に、本発明における水素濃度の測定方法について、図10の装置例を基に説明する。 Next, a method for measuring the hydrogen concentration in the present invention will be described based on the apparatus example of FIG.
シリコン切削粉が酸化する段階で発生する水素は、クーラント水槽3の上部に設置する水素濃度センサー9で検知する。水素濃度センサー9を用いた水素濃度制御では、センサー部分は接液しないため、pHセンサーのようにコ−テイングなどの問題は生じず、シリコン切削粉の酸化状況を把握できる。しかし、クーラント水槽3の上部は周辺部分の空気で希釈されるため、水素濃度が低くなり、かつ、不安定となるため、単に水素濃度センサー9による水素濃度管理だけでは、シリコン切削粉の酸化状況を把握することはできるものの、精度良く且つ応答性よく把握することは難しい。また、水素濃度センサー9をクーラント水面近傍に設置することで、空気による水素の希釈をある程度抑えることができるが、クーラント水槽3内の水面位置は多少変動するため、水面に接地しないように水面からの距離に余裕をもって接地しなければならず、限界がある。
Hydrogen generated when the silicon cutting powder is oxidized is detected by a
そこで、図2に示すように、クーラント槽上部に筒の両端が開放状態である筒(水素測定用の筒ともいう)8の片方を水中に浸漬するように設置することが好ましい。筒により周辺の空気による水平方向からの希釈を抑制することができ、水素は希釈されずに、水素は空気より軽いため筒内を上昇し、筒上部より放出される。空気による水平方向からの希釈はないため、筒内の水素濃度は高くなり、かつ、安定するため、その筒内に水素濃度センサーを設置することで、シリコン切削粉の酸化状況を精度や応答性よく把握することができる。 Therefore, as shown in FIG. 2, it is preferable that one end of a cylinder (also referred to as a hydrogen measurement cylinder) 8 with both ends of the cylinder open in the upper part of the coolant tank is immersed in water. Dilution from the horizontal direction by surrounding air can be suppressed by the cylinder, and hydrogen is not diluted, but hydrogen is lighter than air, so it rises in the cylinder and is released from the upper part of the cylinder. Since there is no dilution from the horizontal direction with air, the hydrogen concentration in the cylinder increases and stabilizes. By installing a hydrogen concentration sensor in the cylinder, the oxidation status of silicon cutting powder is accurately and responsive. I can grasp it well.
筒を設置した場合と筒を設置しない場合における水素濃度の応答性を測定したのが図6で、筒内の水素濃度をゼロにした時点からの水素濃度の変化を表している。なお、水面から水素濃度センサーまでの距離は両者共に13cmで、筒の内径は5cmで長さ1mである。筒を設置したほうが、周辺からの空気による希釈が少なくなり、水素濃度の応答性が速くなり、かつ、水素濃度も上昇し、測定感度が向上していることがわかる。 FIG. 6 shows the responsiveness of the hydrogen concentration when the cylinder is installed and when the cylinder is not installed, and shows the change in the hydrogen concentration from when the hydrogen concentration in the cylinder is zero. The distance from the water surface to the hydrogen concentration sensor is 13 cm in both cases, the inner diameter of the cylinder is 5 cm, and the length is 1 m. It can be seen that when the cylinder is installed, dilution by air from the surrounding area is reduced, the responsiveness of the hydrogen concentration is increased, the hydrogen concentration is increased, and the measurement sensitivity is improved.
筒を設置しない場合は、水素濃度の値は低く、120〜180secにおいては、周辺の空気による希釈のため、水素が発生しているのにも係らず、検出限界(0.1%)付近の値となった。つまり、水素濃度センサーと拡散防止用の筒を設置することで、水素濃センサーがクーラント水に接液することなしに、応答性を良くすることができると考える。 When the cylinder is not installed, the value of hydrogen concentration is low, and in 120 to 180 seconds, due to dilution with surrounding air, hydrogen is generated, but near the detection limit (0.1%). Value. In other words, by installing the hydrogen concentration sensor and the diffusion preventing cylinder, it is considered that the responsiveness can be improved without the hydrogen concentration sensor coming into contact with the coolant water.
筒の大きさ、設置環境などによって、それぞれのケースで最適な水素濃度設定が異なるため、水素濃度の制御範囲は、好ましくは予め試験により図3のような関係を求めておき、設定することが好ましい。水素濃度が低いほど、酸化は抑制される方向となるが、水素濃度が0%では、クーラント水のpHが4.3以下となっており、場合によってはpHが4以下となっている可能性もあり、設備腐食の懸念があるため、これを防止するには、水素濃度が僅かに検出される程度以上に下限を設定することが好ましい。 Since the optimum hydrogen concentration setting differs in each case depending on the size of the cylinder, the installation environment, etc., the control range of the hydrogen concentration is preferably set by obtaining the relationship as shown in FIG. preferable. The lower the hydrogen concentration, the more the oxidation is suppressed. However, when the hydrogen concentration is 0%, the pH of the coolant water is 4.3 or less, and in some cases, the pH may be 4 or less. Since there is a concern about equipment corrosion, it is preferable to set the lower limit to the extent that the hydrogen concentration is slightly detected in order to prevent this.
例えば、水面から水素濃度センサーまでの距離は13cmで、筒の内径は5cmで長さ1mである場合では、水素濃度が0.5%以下、好ましくは、0.3%以下になるよう、酸性剤を投入することで、シリコン切削粉の酸化は大幅に抑制される。下限は、例えば0.1%としたり、測定する水素濃度が検出限界以下とならないようにしたりして設定することができる。 For example, when the distance from the water surface to the hydrogen concentration sensor is 13 cm, the inner diameter of the cylinder is 5 cm, and the length is 1 m, the hydrogen concentration is 0.5% or less, preferably 0.3% or less. By adding the agent, the oxidation of the silicon cutting powder is greatly suppressed. The lower limit can be set, for example, by 0.1% or by preventing the measured hydrogen concentration from being below the detection limit.
また、周辺の空気による希釈を抑制することにより、発生水素量は水素濃度に比例する関係を保ち、水素濃度を測定することで、シリコン切削粉の酸化を抑制することができる。 Moreover, by suppressing dilution by surrounding air, the amount of generated hydrogen maintains a relationship proportional to the hydrogen concentration, and by measuring the hydrogen concentration, oxidation of silicon cutting powder can be suppressed.
また、設備腐食の防止の面からは、酸性剤を、クーラント水に多量に添加してもpH4以下にならないように希釈して使用することもできる。但し、酸性剤を希釈しすぎると、水素が多量に発生してきた際には、水素濃度低減までに時間がかかるため、設備腐食の防止と水素濃度低減とのバランスを考えて適宜希釈して使用することが好ましい。 From the standpoint of preventing equipment corrosion, the acid agent can be diluted and used so that the pH does not become 4 or less even when a large amount of the acid agent is added to the coolant water. However, if the acid agent is diluted too much, when a large amount of hydrogen is generated, it takes time to reduce the hydrogen concentration. Therefore, it is necessary to dilute appropriately in consideration of the balance between prevention of equipment corrosion and hydrogen concentration reduction. It is preferable to do.
測定した水素濃度を所定値以下になるように酸性剤を添加する制御機構は、特に限定されず、例えば、酸性剤貯留タンクからクーラント槽への配管の途中に流量調整弁を設置して、水素濃度計からの信号によりPID制御する等で行えばよい。 The control mechanism for adding the acid agent so that the measured hydrogen concentration becomes a predetermined value or less is not particularly limited. For example, a flow control valve is installed in the middle of the pipe from the acid agent storage tank to the coolant tank, What is necessary is just to perform PID control etc. by the signal from a densitometer.
図2では、クーラント槽内に水平方向からの空気による希釈をなくすために、筒を設置したが、図7に示すように、クーラント槽上部を蓋などで全て覆い、その蓋の上部に筒を設置し、その当該筒内で水素濃度を測定することでも、精度および応答性良く、水素濃度を測定することができる。本ケースでは、筒内の水素濃度は、さらに高くなり、かつ、安定し、水素濃度の応答性が上昇するが、装置コストが上昇するため、設備の規模等を考慮して本ケースの採用を検討すればよい。 In FIG. 2, in order to eliminate dilution by air from the horizontal direction in the coolant tank, the cylinder is installed. However, as shown in FIG. 7, the coolant tank is entirely covered with a lid or the like, and the cylinder is placed above the lid. The hydrogen concentration can be measured with high accuracy and responsiveness by installing and measuring the hydrogen concentration in the cylinder. In this case, the hydrogen concentration in the cylinder will be even higher and stable, and the responsiveness of the hydrogen concentration will increase, but the equipment cost will increase. You should consider.
水素濃度管理によるpH調整が行われて、酸化が抑制されたシリコン切削粉を含むクーラント水は、所定時間又は所定日数稼動後に、クーラント水槽から一部又は全て取り出されて、固液分離される。クーラント水中には、ゲル状又はコロイド状のシリカは殆ど存在しないか、少量しか存在しないため、固液分離を容易に行うことができ、また、分離時間を短縮できる。固液分離方法としては、ろ過、沈降分離、遠心分離等を単独または組み合わせて行えばよい。分離後のクーラント水は、クーラント水槽に戻して再利用することができる。また、分離後のシリコン切削粉は、シリコン原料として再利用することができるが、酸化割合が少ないためシリコン原料として良好である。 The coolant water containing silicon cutting powder whose pH is adjusted by hydrogen concentration management and whose oxidation is suppressed is partially or completely taken out from the coolant water tank after being operated for a predetermined time or a predetermined number of days, and is solid-liquid separated. In the coolant water, almost no gel or colloidal silica is present or only a small amount is present, so that solid-liquid separation can be easily performed and the separation time can be shortened. As a solid-liquid separation method, filtration, sedimentation separation, centrifugation, etc. may be performed alone or in combination. The separated coolant water can be returned to the coolant tank for reuse. Further, the separated silicon cutting powder can be reused as a silicon raw material, but is good as a silicon raw material because of its low oxidation rate.
但し上記本発明の方法を行っても、クーラント水のpHが結果的に4.3を超えている場合は、常に、微量ながら水素が発生した状況であるため、シリコン切削粉の酸化は抑制されているものの、進行している状態となる。そこで、更にシリコン切削粉の酸化を更に抑制するためには、発生したシリコン切削粉をクーラント水から早期に分離することで、シリコン切削粉の酸化時間を短くすることが好ましい。 However, even if the method of the present invention is performed, if the pH of the coolant water eventually exceeds 4.3, hydrogen is always generated in a small amount, so that the oxidation of the silicon cutting powder is suppressed. Although it is, it will be in the progressing state. Therefore, in order to further suppress the oxidation of the silicon cutting powder, it is preferable to shorten the oxidation time of the silicon cutting powder by separating the generated silicon cutting powder from the coolant water at an early stage.
そこで、次に、固液分離によるシリコン切削粉の酸化時間の短縮化について述べる。 Then, next, shortening of the oxidation time of the silicon cutting powder by solid-liquid separation is described.
先述の水素濃度制御および水温制御により、シリコン切削粉の酸化速度は抑制される。シリコン切削粉の酸化速度が抑制されるということは、水素発生量が少なくなり、浮上するシリコン切削粉の割合は減少し、沈殿するシリコン切削粉の割合が多くなり、濾過などの高価な設備を使用せずに沈殿させることで、分離することができる。 By the above-described hydrogen concentration control and water temperature control, the oxidation rate of the silicon cutting powder is suppressed. Suppressing the oxidation rate of silicon cutting powder means that the amount of generated hydrogen is reduced, the ratio of floating silicon cutting powder is decreased, the ratio of precipitated silicon cutting powder is increased, and expensive equipment such as filtration is required. Separation can be achieved by precipitation without use.
その一例を、図8を用いて説明する。一定時間使用したクーラント水槽中3のクーラント水をシリコン切削粉を含んだまま静置用水槽14に一部又は全て移し、その中に酸性剤16を投入し攪拌し、pH4以下にすることで、シリコンの酸化を停止させ、水素の発生を完全に抑制する。その後、数時間〜数日程度静置させ、固液分離を行う。上澄液は上澄液回収水槽17に回収し、酸性剤16もしくは、図2で説明した酸性剤6として再使用することができる。余剰となった上澄液は水酸化ナトリウム溶液などのアルカリ剤でpHを中性にし、廃棄する。静置用水槽14に沈殿したシリコン研削粉は金属シリコンの含有量を高く維持したまま、回収することができる。
An example thereof will be described with reference to FIG. By moving part or all of the coolant water in the coolant water tank used for a certain period of time to the
(比較例1)pHセンサー制御なし+水素濃度制御なし+水温制御なし(従来の通常運転方法)
図9に基づき、説明する。シリコン凝固塊1にクーラント水5をかけながら、ブレード2で切断した。クーラント水5は、ブレード2にかけた後、後段のクーラント水槽3に排出され、クーラント水5はブレードに繰り返しかけられ、ブレード2を冷却した。使用したクーラント水5は300Lであった。クーラント水5は、pH制御および水温制御を行っていないため、pH7〜8の範囲で変動し、水温は40〜60℃の範囲で変動した。シリコン切削粉がクーラント水5中に混入していくため、そのスラリー濃度は徐々に上昇し、スラリー濃度が100g/Lになるまで、2日間、連続して使用し、その後、排出した。シリコン切削粉を含んだクーラント水5からは、水素が常に発生した状態であった。
(Comparative Example 1) No pH sensor control + No hydrogen concentration control + No water temperature control (Conventional normal operation method)
This will be described with reference to FIG. The silicon solidified
排出したクーラント水1Lを採取し、濾紙5Aを使用して吸引濾過した。濾過圧は0.05MPaとした。濾過面積は78.5cm2であった。濾過に要した時間は、約3900分であり、濾過に長時間を要した。これは、シリコンの多くが酸化し、ゲル状またはコロイド状のシリカゲルになったため(分析上では、SiO2として測定)である。得られた残渣は、Me-Si:9.8%、SiO2:89.2%であった。 1 L of discharged coolant water was collected and suction filtered using filter paper 5A. The filtration pressure was 0.05 MPa. The filtration area was 78.5 cm 2 . The time required for the filtration was about 3900 minutes, and it took a long time for the filtration. This is because most of the silicon is oxidized to gel or colloidal silica gel (analytically measured as SiO 2 ). The obtained residue was Me-Si: 9.8% and SiO 2 : 89.2%.
(比較例2)pHセンサー制御あり+水素濃度制御なし+水温制御なし
図1に基づき説明する。シリコン凝固塊1にクーラント水5をかけながら、ブレード2で切断した。クーラント水5は、ブレード2にかけた後、後段のクーラント水槽3に排出され、クーラント水5はブレード2に繰り返しかけられ、ブレード2を冷却した。使用したクーラント水5は300Lであった。クーラント水5は、pH測定用のガラス電極18を用い、(1+20)硫酸を用い、pHを6に制御し、水温制御は行わなかった。当初、pH6で制御できていたが、徐々にpH計18のガラス電極の表面が付着物(微細なシリコン切削粉)で覆われ、徐々にpHの変動が大きくなり、pHは2〜8の範囲で変動し、鋼材の腐食領域であるpH4以下を示し、鋼材部分の腐食が懸念された。水温は40〜60℃の範囲で変動した。シリコン切削粉がクーラント水5中に混入していくため、そのスラリー濃度は徐々に上昇し、スラリー濃度が100g/Lになるまで、2日間、連続して使用し、その後、排出した。シリコン切削粉を含んだクーラント水5からは、水素が常に発生した状態であった。
(Comparative example 2) With pH sensor control + Without hydrogen concentration control + Without water temperature control It demonstrates based on FIG. The silicon solidified
排出したクーラント水1Lを採取し、濾紙5Aを使用して吸引濾過した。濾過圧は0.05MPaとした。濾過面積は78.5cm2であった。濾過に要した時間は、約3500分であった。得られた残渣は、Me-Si:20.1%、SiO2:78.5%であった。 1 L of discharged coolant water was collected and suction filtered using filter paper 5A. The filtration pressure was 0.05 MPa. The filtration area was 78.5 cm 2 . The time required for the filtration was about 3500 minutes. The residue obtained, Me-Si: 20.1%, SiO 2: 78.5%.
更に、同様に、クーラント水を新しい水に入れ替え、3回繰り返すと、pH計のガラス電極部分の表面に付着物がさらに付着し、クーラント水のpHが3であるにもかかわらず、pH計では5付近を指示するようになり、常にクーラント水は、腐食pH領域であるpH4以下を指示するようになった。 Similarly, when the coolant water is replaced with new water and the process is repeated three times, deposits further adhere to the surface of the glass electrode portion of the pH meter. The vicinity of 5 is indicated, and the coolant water always indicates pH 4 or less which is a corrosive pH region.
(参考例)水素濃度制御あり+水温制御なし
図10に基づき説明する。シリコン凝固塊1にクーラント水5をかけながら、ブレード2で切断した。クーラント水5は、ブレード2にかけた後、後段のクーラント水槽3に排出され、クーラント水5はブレード2に繰り返しかけられ、ブレード2を冷却した。使用したクーラント水5は300Lであった。クーラント水槽3上部には、水素濃度センサー9を水面から15cm上に設置し、事前に水素濃度を測定し、水素濃度の設定値を決定した。
そこで、水素濃度が上昇して0.3%になったら、酸性剤6((1+20)硫酸溶液)をクーラント水槽3内に滴下し、水素濃度が0.1%になったら滴下を止めて、水素濃度を0.3%以下になるように制御した。なお、前記の水素測定用の筒は使用していない。また、水温の制御は行わなかった。その結果、クーラント水5のpHは、pH計の電極が微細シリコンにより付着固化されないようにバッチ測定したところ、pH5〜6.5まで変動したが、pHの平均値はpH5.5であった。水温は、40〜60℃の範囲で変動した。シリコン切削粉がクーラント水5中に混入していくため、そのスラリー濃度は徐々に上昇し、スラリー濃度が100g/Lになるまで、2日間、連続して使用し、その後、排出した。シリコン切削粉を含んだクーラント水5からは、水素はわずかであるが常に発生した状態であった。
( Reference example ) With hydrogen concentration control + Without water temperature control Description will be made based on FIG. The silicon solidified
Therefore, when the hydrogen concentration increases to 0.3%, the acid agent 6 ((1 + 20) sulfuric acid solution) is dropped into the
排出したクーラント水1Lを採取し、濾紙5Aを使用して吸引濾過した。濾過圧は0.05MPaとした。濾過面積は78.5cm2であった。濾過に要した時間は、約200分であった。得られた残渣は、Me-Si:95.0%、SiO2:4.0%であった。比較例1および比較例2と比較して、ゲル状またはコロイド状シリカ(SiO2成分)の発生量を抑制したことにより、濾過時間を大幅に短縮できた。 1 L of discharged coolant water was collected and suction filtered using filter paper 5A. The filtration pressure was 0.05 MPa. The filtration area was 78.5 cm 2 . The time required for filtration was about 200 minutes. The obtained residue was Me-Si: 95.0% and SiO 2 : 4.0%. Compared with Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the amount of gel or colloidal silica (SiO 2 component) generated was suppressed, so that the filtration time could be greatly shortened.
(実施例2)筒を使用した水素濃度制御あり+水温制御なし
図11に基づいて説明する。シリコン凝固塊1にクーラント水5をかけながら、ブレード2で切断した。クーラント水5は、ブレード2にかけた後、後段のクーラント水槽3に排出され、クーラント水5はブレード2に繰り返しかけられ、ブレード2を冷却した。使用したクーラント水5は300Lであった。クーラント水槽3上部には、前記の水素測定用の筒8(内径5cm、長さ1m)を下端が水中に浸漬(約5cm)するように水面上に設置し、その筒の中に、水素濃度センサー9を水面から15cm上に設置し、水面から発生する水素の水平方向からの希釈を防ぎながら、水素濃度を連続的に測定した。事前に水素濃度を測定し、水素濃度の設定値を決定した。そこで、水素濃度が上昇して0.3%になったら、酸性剤6((1+20)硫酸溶液)をクーラント水槽3内に滴下し、水素濃度が0.1%になったら滴下を止めて、水素濃度を0.3%以下になるように制御した。また、水温の制御は行わなかった。その結果、クーラント水5のpHは、pH4.8〜6まで変動したが、pHの平均値はpH5.3であった。水温は、40〜60℃の範囲で変動した。シリコン切削粉がクーラント水5中に混入していくため、そのスラリー濃度は徐々に上昇し、スラリー濃度が100g/Lになるまで、2日間、連続して使用し、その後、排出した。シリコン切削粉を含んだクーラント水5からは、水素がわずかであるが常に発生した状態であった。
(Embodiment 2) Hydrogen concentration control using cylinder + no water temperature control will be described with reference to FIG. The silicon solidified
排出したクーラント水1Lを採取し、濾紙5Aを使用して吸引濾過した。濾過圧は0.05MPaとした。濾過面積は78.5cm2であった。濾過に要した時間は、約120分であった。得られた残渣は、Me-Si:97.0%、SiO2:2.5%であった。参考例と比較して、ゲル状またはコロイド状シリカ(SiO2成分)の発生量をさらに抑制したことにより、濾過時間をさらに短縮できた。 1 L of discharged coolant water was collected and suction filtered using filter paper 5A. The filtration pressure was 0.05 MPa. The filtration area was 78.5 cm 2 . The time required for the filtration was about 120 minutes. The obtained residue was Me-Si: 97.0% and SiO 2 : 2.5%. Compared with the reference example , the filtration time could be further shortened by further suppressing the generation amount of gel-like or colloidal silica (SiO 2 component).
(実施例3)筒を使用した水素濃度制御あり+水温30℃制御あり
図2に基づいて説明する。シリコン凝固塊1にクーラント水5をかけながら、ブレード2で切断した。クーラント水5は、ブレード2にかけた後、後段のクーラント水槽3に排出され、クーラント水5はブレード2に繰り返しかけられ、ブレード2を冷却した。使用したクーラント水5は300Lであった。クーラント水槽3上部には、前記の水素測定用の筒8(内径5cm、長さ1m)を下端が水中に浸漬(約5cm)するように水面上に設置し、その筒の中に、水素濃度センサー9を水面から15cm上に設置し、水面から発生する水素の水平方向からの希釈を防ぎながら、水素濃度を連続的に測定した。事前に水素濃度を測定し、水素濃度の設定値を決定した。そこで、水素濃度が上昇して0.3%になったら、酸性剤6((1+20)硫酸溶液)をクーラント水槽3内に滴下し、水素濃度が0.1%になったら滴下を止めて、水素濃度を0.3%以下になるように制御した。また、水温については、クーラント水槽3内に、冷却配管11を設置し、その中に冷却水を通水することで、クーラント水槽3内の水温を30℃以下に制御した。その結果、クーラント水5のpHは、pH4.7〜6.0まで変動したが、pHの平均値はpH5.2であった。水温は、25〜30℃の範囲で変動した。シリコン切削粉がクーラント水5中に混入していくため、そのスラリー濃度は徐々に上昇し、スラリー濃度が100g/Lになるまで、2日間、連続して使用し、その後、排出した。シリコン切削粉を含んだクーラント水5からは、水素がわずかであるが常に発生した状態であった。
(Embodiment 3) Hydrogen concentration control using cylinder +
排出したクーラント水1Lを採取し、濾紙5Aを使用して吸引濾過した。濾過圧は0.05MPaとした。濾過面積は78.5cm2であった。濾過に要した時間は、約60分であった。得られた残渣は、Me-Si:98.6%、SiO2:1.0%であった。実施例2とほぼ同じpHではあったが、水温を30℃以下に制御したため、水素濃度は検出限界(0.1%)以下を示すことも多かった。ゲル状またはコロイド状シリカ(SiO2成分)の発生量をさらに抑制したことにより、濾過時間をさらに短縮できた。 1 L of discharged coolant water was collected and suction filtered using filter paper 5A. The filtration pressure was 0.05 MPa. The filtration area was 78.5 cm 2 . The time required for filtration was about 60 minutes. The obtained residue was Me-Si: 98.6% and SiO 2 : 1.0%. Although the pH was almost the same as in Example 2, the water concentration was often below the detection limit (0.1%) because the water temperature was controlled to 30 ° C. or lower. By further reducing the amount of gel or colloidal silica (SiO 2 component) generated, the filtration time could be further shortened.
(実施例4)シリコン切削粉をすぐに分離した場合
図12の装置を用い、実施例2と同様の制御を行った。シリコン凝固塊1にクーラント水5をかけながら、ブレード2で切断した。クーラント水5は、ブレード2にかけた後、クーラント水槽5に投入し、クーラント水槽5内に設置している濾過装置20で濾過し、濾過液は、クーラント水一時貯留槽25に投入された後、クーラント水5としてブレード2に繰り返しかけられ、ブレード2を冷却した。一方、濾過装置20で分離したシリコン切削粉23は、間欠的に稼動するポンプ21でシリコン切削粉貯留槽22に一部のクーラント水とともに移した。シリコン切削粉貯留槽22内には希硫酸によってpH2に調整した水溶液が予め投入しており、シリコン切削粉の酸化反応を完全に停止させた。使用したクーラント水は300Lであった。クーラント水槽3上部には、前記の水素測定用の筒(内径5cm、長さ1m)を下端が水中に浸漬(約5cm)するように水面上に設置し、その筒の中に、水素濃度計を水面から15cm上に設置し、水面から発生する水素の水平方向からの希釈を防ぎながら、水素濃度を連続的に測定した。事前に水素濃度を測定し、水素濃度の設定値を決定した。そこで、水素濃度が上昇して0.3%になったら、酸性剤6((1+20)硫酸溶液)をクーラント水槽3内に滴下し、水素濃度が0.1%になったら滴下を止めて、水素濃度を0.3%以下になるように制御した。また、水温については、クーラント水槽3内に、冷却配管11を設置し、その中に冷却水を通水することで、クーラント水槽3内の水温を30℃以下に制御した。クーラント水は、2日間連続して使用し、その後、排出した。その結果、クーラント水のpHは、pH4.7〜5.8まで変動したが、pHの平均値はpH5.1であった。水温は、25〜30℃の範囲で変動した。シリコン切削粉を含んだクーラント水からは、水素はわずかであるが常に発生した状態であった。
(Example 4) When silicon cutting powder was immediately separated The same control as in Example 2 was performed using the apparatus of FIG. The silicon solidified
排出したクーラント水1L(スラリー濃度:5g/L)を採取し、濾紙5Aを使用して吸引濾過した。濾過圧は0.05MPaとした。濾過面積は78.5cm2であった。濾過に要した時間は、約1分であった。得られた残渣は、Me-Si:99.5%、SiO2:0.2%であった。シリコン切削粉をすぐにpH2に調整した水中に投入したことにより、実施例3と比較して、Me-Si率が高くなった。
1 L of discharged coolant water (slurry concentration: 5 g / L) was collected and suction filtered using a filter paper 5A. The filtration pressure was 0.05 MPa. The filtration area was 78.5 cm 2 . The time required for filtration was about 1 minute. The obtained residue was Me-Si: 99.5% and SiO 2 : 0.2%. Compared with Example 3, the Me-Si ratio was higher by immediately adding silicon cutting powder into water adjusted to
(実施例5)実施例3において、クーラント水を0.5日毎に全量を排出し、pH3に調整
実施例3と同様にして、クーラント水のpHと水温を制御し、クーラント水を連続で使用した。実施例5では、0.5日間、連続して使用し、その後、シリコン切削粉を含んだままクーラント水全量(300L)を図8に示す静置用水槽14に排出した。0.5日間におけるクーラント水のpHは4.6〜6.0まで変動したが、pHの平均値はpH5.3であった。水温は、25〜30℃の範囲で変動した。排出したクーラント水のスラリー濃度は20〜25g/Lであった。排出したクーラント水は酸性剤16((1+20)硫酸溶液)を添加し、pH3に調整し、1日静置した。シリコン切削粉のほとんどが沈殿し、上澄液はほぼ透明になった。上澄液は、別の上澄液回収水槽に移し、次のクーラント水を使用した時の酸性剤として使用した。静置用水槽下部に堆積したシリコン切削粉は、Me-Si:98.8%、SiO2:0.8%であった。
(Example 5) In Example 3, the entire amount of coolant water is discharged every 0.5 days and adjusted to
(実施例6)実施例3において、クーラント水を0.5日毎に半分ずつ排出し、pH3に調整
実施例3と同様にして、クーラント水のpHと水温を制御し、クーラント水を連続で使用した。実施例6では、0.5日間、連続して使用し、その後、シリコン切削粉を含んだままクーラント水を、0.5日毎にクーラント水の半分づつ(150L)を図8に示す静置用水槽14に排出した。0.5日間におけるクーラント水のpHは4.5〜5.8まで変動したが、pHの平均値はpH5.2であった。水温は、25〜30℃の範囲で変動した。排出したクーラント水のスラリー濃度は20〜25g/Lであった。排出したクーラント水は酸性剤16((1+20)硫酸溶液)を添加し、pH3に調整し、1日静置した。シリコン切削粉のほとんどが沈殿し、上澄液はほぼ透明になった。上澄液は、別の上澄液回収水槽に移し、次のクーラント水を使用した時の酸性剤として使用した。静置用水槽下部に堆積したシリコン切削粉は、Me-Si:98.5%、SiO2:1.0%であった。
(Example 6) In Example 3, half of the coolant water is discharged every 0.5 days and adjusted to
上記実施例2〜6で回収したシリコン切削粉は、いずれも金属シリコン含有量が90%以上と高く、良好なシリコン原料と言える。 The silicon cutting powders collected in Examples 2 to 6 have a high metal silicon content of 90% or more, and can be said to be good silicon raw materials.
1 シリコン凝固塊
2 ブレード
3 クーラント水槽
4 ポンプ
5 クーラント水
6 酸性剤
7 ポンプ
8 筒
9 水素濃度センサー
10 温度計
11 冷却装置
12 補給水
13 蓋
14 静置用水槽
15 ポンプ
16 酸性剤
17 上澄水回収槽
18 pH計
20 濾過装置
21 ポンプ
22 シリコン切削粉貯留槽
23 シリコン切削粉
24 ポンプ
25 クーラント水一時貯留槽
26 クーラント水移送配管
27 酸性剤貯留タンク
DESCRIPTION OF
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