申请日2011.10.31
公开(公告)日2013.05.08
IPC分类号C02F9/10; C02F1/04; C02F1/461
摘要
本发明涉及一种硅晶片蚀刻废水处理系统及处理方法，是在工作槽中利用HF溶液和HNO3溶液组成的混合酸蚀刻溶液对硅晶片进行蚀刻时所排出的H2SiF6溶液进行循环再利用，其特征在于，所排出的H2SiF6溶液通过酸再生与硅再生系统中的电解反应槽电解析出固体Si和酸性气体HF，其中，所析出的固体Si被分离出并回收再利用，所析出的酸性气体HF被水吸收后导入到所述工作槽中形成可回收利用的混合酸蚀刻溶液中的HF溶液。本发明实现了硅晶片蚀刻废水循环利用，从而减少酸腐蚀溶液的消耗，消除酸腐蚀废液的产生并避免有毒废气的排放，从而提供保护环境并提高了经济效益。
权利要求书
1.一种硅晶片蚀刻废水处理系统，是在工作槽中利用HF溶液和HNO3溶 液组成的混合酸蚀刻溶液对硅晶片进行蚀刻时所排出的H2SiF6溶液进行循环再 利用，其特征在于，所排出的H2SiF6溶液通过酸再生与硅再生系统中的电解反 应槽电解析出固体Si和酸性气体HF，其中，所析出的固体Si被分离出并回收 再利用，所析出的酸性气体HF被水吸收后导入到所述工作槽中形成可回收利 用的混合酸蚀刻溶液中的HF溶液。
2.如权利要求1所述的硅晶片蚀刻废水处理系统，其特征在于，在工 作槽中由HF溶液和HNO3溶液组成的混合酸蚀刻溶液对硅晶片进行蚀刻以 排出蚀刻废水，所述蚀刻废水中包含有固体Si、以及产物H2SiF6溶液与第 一部分气体NO，其中，第一部分气体NO和空气中气体O2进一步反应产生 第一部分气体NO2，所述硅晶片蚀刻废水处理系统包括：
A)由固液分离装置接收工作槽中的蚀刻废水，以分离出固体Si和残余 废液;
B)由酸再生与硅再生系统接收所述残余废液，并由其中的电解反应槽 对残余废液中H2SiF6溶液进行电解反应，以产生固体Si、气体HF;
C)由减压蒸馏装置接收所述酸再生与硅再生系统导出的含固体Si、气 体HF及多余H2SiF6溶液的混合物，以提取出气体HF并导出含固体Si、多 余H2SiF6溶液的混合物;
D)由酸性吸收塔将第一部分气体NO2、以及由减压蒸馏装置提取出的 气体HF收集于水中，以形成工作槽中可利用的HF溶液和HNO3溶液组成 的混合酸蚀刻溶液;
其中，所述减压蒸馏装置导出的含固体Si、多余H2SiF6溶液的混合物 回流到固液分离装置中，由固液分离装置分离出固体Si、以及H2SiF6溶液， 固体Si被回收再利用，而H2SiF6溶液继续导入到酸再生与硅再生系统中。
3.如权利要求2所述的硅晶片蚀刻废水处理系统，其特征在于，在所 述酸再生与硅再生系统中，所述残余废液中的HNO3溶液与电解产生的固体 Si反应生成第二部分气体NO、第二部分固体SiO2并导入到所述减压蒸馏装 置中;在减压蒸馏装置中，第二部分固体SiO2与其中的气体HF反应生成 H2SiF6溶液，第二部分气体NO和空气中气体O2进一步反应产生第二部分 气体NO2，第二部分气体NO2进入酸性吸收塔中被水吸收形成工作槽中的 HNO3溶液。
4.如权利要求2所述的硅晶片蚀刻废水处理系统，其特征在于，将所 述固液分离装置分离出的含HNO3溶液的蚀刻废水导入到减压蒸馏装置中， 在所述减压蒸馏装置中所述HNO3溶液与所述固体Si反应生成第三部分固 体SiO2、以及第三部分气体NO，其中，第三部分固体SiO2进一步与其中的 气体HF反应生成H2SiF6溶液;而第三部分气体NO和空气中气体O2进一 步反应产生气体第三部分NO2，第三部分气体NO2进入酸性吸收塔中被水吸 收形成工作槽中的HNO3溶液。
5.一种应用于如权利要求1至4中其中之一所述的硅晶片蚀刻废水处 理系统的处理方法，其中，在工作槽中由HF溶液和HNO3溶液组成的混合 酸蚀刻溶液对硅晶片进行蚀刻以排出蚀刻废水，所述蚀刻废水中包含有固体 Si、以及产物H2SiF6溶液与第一部分气体NO，其中，第一部分气体NO和 空气中气体O2进一步反应产生第一部分气体NO2，其特征在于，所述处理 方法包括如下步骤：
A)由固液分离装置分离出固体Si，并得到残余废液;
B)由酸再生与硅再生系统中的电解反应槽使残余废液中的H2SiF6溶液 发生电解反应，以得到固体Si、气体HF;和
C)将气体HF和第一部分气体NO2收集于水中，以形成HF溶液和HNO3溶液组成的混合酸蚀刻溶液;
其中，所述电解得到的固体Si导入到固液分离装置中进行分离并回收 再利用。
6.权利要求5中所述的处理方法，其特征在于，所述电解得到的气体 HF进一步通过减压蒸馏装置提取后再收集于水中。
7.权利要求5中所述的处理方法，其特征在于，所述第一部分气体NO2通过抽风装置导入并收集于水中。
8.权利要求5所述的处理方法，其特征在于，步骤A)中的分离通过离 心分离法或超滤法进行。
说明书
硅晶片蚀刻废水处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及化学腐蚀废物体系的处理系统及处理方法，具体地讲，涉及 硅晶片蚀刻废水处理系统及处理方法。
背景技术
在太阳能电池生产工艺一般分为：扩散前清洗(制绒)、扩散、扩散后清 洗、蚀刻、PECVD、丝网印刷、烧结、分类检测和封装，其中制绒工序的 主要作用是去除硅片表面切割损伤层，形成陷光结构的表面绒面结构;蚀刻 的主要作用是去除扩散后硅片四周的N型硅，以防漏电，目前，一般采用 干法和湿法两种蚀刻方法。制绒工序和湿法蚀刻通常使用包括氢氟酸和硝酸 等的混合酸的酸腐蚀，和利用氢氧化钠、氢氧化钾等碱的碱清洗。酸腐蚀的 原理是先用HNO3将硅氧化生产SiO2，然后再通过HF去除SiO2，其中的化 学反应方程式如下：
3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2O
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O
其中蚀刻溶液还对太阳能电池表面进行抛光和清洁，一般将蚀刻液喷射在太 阳能电池上或将太阳能电池浸入蚀刻溶液中。
中国专利申请201010577683.9公开了一种硅晶片的腐蚀废水处理以及 处理设备，具体公开了用氢氧化钠水溶液蚀刻硅晶片时所排出的废水的处理 方法以及处理系统，包括向该蚀刻废水中添加酸而析出二氧化硅并对二氧化 硅进行固液分离。
至今还没有公开对用酸腐蚀硅晶片后产生的废物体系进行处理的方法， 在生产过程中，需要不断地排出酸腐蚀产生的废物体系，添加新鲜的酸腐蚀 溶液，且清洁过程中产生的气体没有得到回收。这样在太阳能电池的蚀刻和 制绒过程中，需要使用大量的酸腐蚀溶液，且会产生大量的酸腐蚀废液和有 毒气体NO，在所述废液中包含HF、HNO3、H2SiF6、Si和水。从资源利用 和环境保护等方面来讲，常规工艺没有对酸腐蚀溶液充分利用，这样造成了 浪费，增加了成本，同时也给环境处理增加了负担。
希望有一种处理系统及处理方法，能够对酸腐蚀硅晶片后产生的废物体 系进行处理，从而使得酸腐蚀溶液得到充分利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种硅晶片蚀刻废水处理系统及其 处理方法，以使酸腐蚀溶液得到充分利用。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案得以解决：
本发明实施例提供一种硅晶片蚀刻废水处理系统，是在工作槽中利用 HF溶液和HNO3溶液组成的混合酸蚀刻溶液对硅晶片进行蚀刻时所排出的 H2SiF6溶液进行循环再利用，其特征在于，所排出的H2SiF6溶液通过酸再生 与硅再生系统中的电解反应槽电解析出固体Si和酸性气体HF，其中，所析 出的固体Si被分离出并回收再利用，所析出的酸性气体HF被水吸收后导入 到所述工作槽中形成可回收利用的混合酸蚀刻溶液中的HF溶液。
本发明还提供一种应用于上述硅晶片蚀刻废水处理系统的处理方法，其 中，在工作槽中由HF溶液和HNO3溶液组成的混合酸蚀刻溶液对硅晶片进 行蚀刻以排出蚀刻废水，所述蚀刻废水中包含有固体Si、以及产物H2SiF6溶液与第一部分气体NO，其中，第一部分气体NO和空气中气体O2进一步 反应产生第一部分气体NO2，其特征在于，所述处理方法包括如下步骤：
A)由固液分离装置分离出固体Si，并得到残余废液;
B)由酸再生与硅再生系统中的电解反应槽使残余废液中的H2SiF6溶液 发生电解反应，以得到固体Si、气体HF;和
C)将气体HF和第一部分气体NO2收集于水中，以形成HF溶液和HNO3溶液组成的混合酸蚀刻溶液;
其中，所述电解得到的固体Si导入到固液分离装置中进行分离并回收 再利用。
本发明处理系统及处理方法可实现太阳能电池的酸腐蚀溶液的循环利 用，从而减少酸腐蚀溶液的消耗，消除酸腐蚀废液的产生并避免有毒废气的 排放，且由于使蚀刻、抛光或清洁加工稳定而改善电池效率，从而提供经济 效益并保护环境。
