物以矽为贵-以亲疏水性自矽泥回收矽.PDFVIP

物以矽為貴‐以親疏水性 自矽泥回收矽  研究者: 王品懿、李哲慧 指導者: 藍崇文教授、張永佶老師 摘要 粒子的親疏水性質隨 pH 值而改變，親水性的粒子易溶水而排斥油，疏水的粒子易 溶油而排斥水。本實驗運用粒子親疏水的特性從矽泥中回收矽，其中矽泥是矽晶圓切割 的添加物與矽的碎粉混合產生的廢棄物。儘管矽是地表含量第二多的元素，由於太陽能 產業對矽純度的要求，使得矽晶片價格居高不下而占生產成本的一席之地，因此回收矽 具有其經濟效益。 研究發現當矽與碳化矽分佈在不同的液相中，就可以分離兩相而得到矽。在前置實 驗中，混合矽粉和碳化矽粉，加入去離子水與親水性的聚烷基二醇醚（Polyalkylene Glycol ethers ）模擬並觀察矽泥中矽與碳化矽的行為。此階段研究調整水相pH 值、油水比與固 體含量，以找出適合分離的最佳條件。接著使用矽泥進行分離矽的測試，結果發現實際 矽泥樣本瓶在分相時，竟形成水相-油相-水相的三層形態，萬物化境令人驚訝。 最終實驗取出水相離心並烘乾，得到富含矽的粉末。這些粉末測量得知，實驗最佳 純度，回收率。未來，這些粉末還須經過高溫處理才能回歸光電產業的生產鏈。本實驗 已得到從矽泥回收矽的初步成果，對光電產業廢棄矽的回收，提供了一個環保概念的新 方向。 壹 、研究動機 把保麗龍球和自動筆筆芯浮在水面上時，兩者與水面接觸的形狀會因親疏水性而不 同。更有趣的是，當我試著把兩者撥近時，它們在接觸前就會因為其與水接觸形狀之不 同，而自己互相彈開，即親疏水性會影響浮體的聚集。 我將這個概念延伸做矽的回收。高純度的矽價格高昂，是台灣半導體、太陽能產業 共同的重要材料。在太陽能晶片的製程中，有許多高純度的矽因切割時的摩擦而損失， 成為廢棄物矽泥的成分。若能從矽泥中掏出這些昂貴的矽再次投回生產線，將能達到經 濟與環保兩種效益。目前已有前人以相分離法自矽泥中回收矽，但其所使用的油相成分 含有有毒的溴烷，故我想以一個安全的油相成分來改良這方面的相分離法。   218 貳 、研究 目的 一、以微型實驗探討當 PAG 為油相時，可能影響矽泥相分離的變因。 二、用來自工廠的矽泥檢驗微型實驗所得最佳分離條件的成效 参 、研究方法 一、 實驗規劃設計說明  相圖 pH值 固含量 震盪時機… 密度圖 親疏水性 實驗流程(二) 矽泥實驗 「翻轉」與    「三層結構」       二 、實驗原理 (一) 矽泥的成分   矽泥是矽晶圓切割產生的廢棄物，其中含有矽、碳化矽與 PAG 油，另外 219   還有微量金屬。矽是矽晶圓切割製程因摩擦而損失的資源，也是我的回收目標； 碳化矽粉末是切割時加入摩擦的物質，若要從矽泥中分離出矽，就要先能分離 矽與碳化矽這兩種矽泥中的固體成份。矽較親水，而碳化矽較親油，可以藉著 將矽吸引至水相而將碳化矽吸引至油相的相分離法進行分離。 而本研究之創 見在於，前所未見地使用了無毒且原本就是矽泥成分的 PAG 作為相分離法的 油相。PAG 黏性大、透明無色，是工業常用的切割油之一，正式名稱為聚烷 基二醇醚，因為油水分離的概念較容易為人所接受，故稱 PAG 相為油相。PAG 醚基上的孤電子對可與水形成氫鍵，因此在常溫下與水互溶，必須將樣本加熱 超過其「分相溫度」才會相分離。「分相溫度」又會隨著油、水相密度而有所