用堿液分解和水力分級回收樹脂中的金剛石

呂艷艷，穆保定，李要正

（開封恒銳新金剛石制品有限公司，河南開封475000）

用堿液分解和水力分級回收樹脂中的金剛石

呂艷艷，穆保定，李要正

（開封恒銳新金剛石制品有限公司，河南開封475000）

用先堿液分解再水力分級的方法對液態樹脂廢料中的金剛石微粉進行了回收實驗，并檢驗了回收金剛石微粉的質量。結果表明，在液態樹脂廢料的堿液分解階段，氫氧化鈉溶液對液態樹脂有很好的分解效果；隨著氫氧化鈉溶液分解液態樹脂次數的增加，液態樹脂廢液與金剛石微粉分離效果逐漸明顯；經4～5次堿洗后，可將金剛石微粉和液態樹脂廢液分離，實現固液完全分離。水力分級則可將金剛石微粉與碳化硅微粉進行分離，最終金剛石微粉回收率達到92%。

堿液分解；液態樹脂廢液；分散劑；金剛石微粉

隨著太陽能行業的迅速發展，硅片切割技術從內圓切割發展到線切割。而線切割由游離磨料的線切割發展到固定磨料的線切割［1-3］。其中，固定磨料線切割中的樹脂金剛線技術［4-5］，出片率高、損傷層薄、無廢漿料產生，環境污染小。生產樹脂金剛線過程中的樹脂粘結劑，主要起到對鋼線的附著，對金剛石的把持作用，在生產完成后，部分混有金剛石的樹脂粘結劑需要廢棄，因此，將樹脂粘結劑中的金剛石進行回收，節約材料，具有很大的經濟效益。

目前對樹脂粘結劑中金剛石微粉進行回收，由于樹脂種類不同，使用周期不同，還沒有形成專門的回收技術。常用的回收方法是濃酸清洗回收［6-7］，不僅破壞表面鍍覆的金屬層，而且濃酸回收對操作人員傷害大，處理過的廢棄物污染環境，不適用于當今環保要求。因此，開發樹脂粘結劑中金剛石的回收技術，降低生產成本，是勢在必行的。

堿液分解和水力分級［8-9］的分解分級方法，具有處理時間短、生產處理過程較濃酸更為安全等特點，可望在液態樹脂廢液的處理中得到應用。本文采用先堿液分解再水力分級的方法對液態樹脂廢液中的金剛石微粉進行了回收實驗，通過改變相關工藝條件研究其對回收效果的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

所用的液態樹脂廢液為開封恒銳新金剛石制品有限公司樹脂金剛線生產中樹脂粘結劑配合產生，主要組分是液態樹脂粘結劑、液態有機溶劑、金剛石微粉（顆粒粒徑為8～12 μm）、SiC微粉（顆粒粒徑為2～4 μm）。

堿液反應釜，LHP-50型。水力分級器，FXJ-46型，主要幾何結構尺寸為：圓柱段直徑為50 mm、底流口直徑為8 mm、進料口直徑為9 mm。顆粒粒度測試采用RC-3000型電阻法顆粒計數器/粒度儀。形貌和鍍層測試采用JSM-6010LA型掃描電子顯微鏡。

樣品中金剛石微粉的含量根據《超硬磨料人造金剛石雜質含量檢驗方法（JB/T 10986—2010）》進行測定。

1.2 實驗步驟

將液態樹脂廢液、溶劑或堿液加入虹吸缸內，加熱攪拌混合一定時間后靜置，虹吸出上層液體后，繼續加入溶劑或堿液進行加熱攪拌混合，靜置后再次虹吸出上層液體，重復上述步驟多次后將分離出來的固體粉末進行水力分級，在純水中加入一定的分散劑，水力分級后實現兩種微粉的分離，將分離后的微粉進行干燥，檢測金剛石微粉的含量和各項性能參數。

1.3 實現固液分離實驗

根據“相似相溶”原理，采用極性有機溶劑乙醇進行常溫溶解；根據堿溶液中OH—將樹脂COO—鍵水解分解，采用NaOH水溶液作為溶劑，溶解分解樹脂。實驗分為兩組，采取相同的液態樹脂廢液，一組采用無水乙醇溶解液態樹脂廢液，加入乙醇洗滌后，液態樹脂廢液黏度降低，固體粉末逐漸沉降，沉降一定時間后，虹吸上層不含微粉的液體，再加入乙醇攪拌洗滌，反復操作，直至固體粉末能夠快速沉降，上層液體呈現透明狀態，實現固液分離；第二組采用NaOH水溶液作為溶劑，溶解分解液態樹脂，加入堿液后，液態樹脂廢液黏度降低速度較快，固體粉末沉降速度也較快，微粉沉降后虹吸上層樹脂和堿液的液態混合物，再加入堿液攪拌，反復操作，直至固體粉末能夠快速沉降，上層液體呈現透明狀態，實現固液分離。兩組試驗得到的微粉都采用水力分級的方法實現金剛石微粉和碳化硅微粉的分離，將得到的兩組金剛石微粉進行SEM測試。

1.4 實現固固分離實驗

前期采用乙醇、NaOH水溶液作為溶劑，主要目的是分解溶解樹脂，對于廢料中的SiC，由于顆粒非常小，為2～4 μm，表面能非常大，為了降低表面能，SiC顆粒會發生團聚，或者吸附在金剛石鎳層表面，前期隨著溶劑一起被洗去，后期用水洗去，但是效率低，耗時長，對此，在水中加入分散劑降低SiC顆粒表面能，使其在溶液中易分散，選用的分散劑為六偏磷酸鈉、硬脂酸鋅，試驗分3組，將同一分離后的固體粉末分為3組，都采用水力分級的方法，第一組采用無添加的純水，第二組采用純水添加少許六偏磷酸鈉，第三組采用純水添加少許硬脂酸鋅。

2 結果與討論

2.1 固液分離實驗

實驗所需的溶劑消耗量和清洗次數如表1所示。雖然使用兩種方法都可以實現固液分離，得到微粉，但是從表1可以看到，以乙醇為溶劑，溶劑消耗量大，洗滌次數多，操作步驟更為復雜。

表1 處理廢料溶劑消耗

圖1為金剛石微粉的SEM圖。通過圖1看出，使用乙醇處理后的金剛石微粉亮度較差，潔凈度也較差，并且有微粉團聚現象，用氫氧化鈉溶液處理后的微粉表面鍍覆沒有被破壞，分散性和純度都較高。綜合表1，應采用氫氧化鈉溶液處理液態樹脂廢液。

圖1 金剛石微粉的SEM圖

對兩種不同分離方法回收的金剛石微粉進行粒度測試，觀察粒度分布和細粒分數情況，通過表2可以看出，兩組金剛石微粉在粒度分布上無明顯差異，但是在細粒分數上差異較大，通過乙醇溶解分離的金剛石微粉中細粒含量較多，主要是由于乙醇溶解分離的金剛石微粉中SiC微粉團聚顆粒較多，在水力分級中部分顆粒分散，從而實現水力分級，但是仍有部分SiC微粉團聚，團聚微粉的粒度和金剛石微粉的粒度相當，或者大于金剛石微粉的粒度，所以在水力分級中無法分離排出，在后續干燥工序中部分SiC微粉團聚形成的大顆粒破裂分散，產生更小粒度的團聚顆粒，或者徹底分散，所以造成測量干燥后回收的金剛石微粉細粒含量過高。

表2 回收金剛石微粉粒度測試情況

2.2 固固分離實驗

圖2是分別采用水、六偏磷酸鈉作為溶劑，去除SiC后金剛石表面的SEM圖，表3是水洗和分散劑洗滌次數對比。表4是對不同溶劑分離出來的微粉進行了粒度分布測試。從圖2和表3、表4可以看到，3組回收金剛石微粉在粒度分布上無明顯差異；水洗滌金剛石表面鎳層未被破壞；分散劑洗滌，洗滌次數減少一半，用六偏磷酸鈉洗滌，金剛石表面鎳層部分被破壞，原因是六偏磷酸鈉呈酸性，其中的磷酸根與金剛石表面鎳層發生化學反應；用硬脂酸鋅洗滌，金剛石表面鎳層仍然部分被破壞。用分散劑洗滌雖然節省了洗滌時間、簡化了操作，但是回收率沒有明顯提升，并且破壞了回收金剛石微粉的表面鍍覆，因此，采用無添加純水洗。

圖2 用水、分散劑去除SiC后金剛石表面SEM圖

表3 分散劑洗滌次數

表4 回收金剛石微粉粒度測試情況

3 結論

堿液分解和水力分級在液態樹脂廢液回收金剛石微粉中有良好的分離效果，其中堿液分解能快速破壞液態樹脂，實現固液分離。在水力分級中，通過純水實現兩種不同型號微粉的分離，并且不破壞金剛石微粉表面的金屬鍍層，分離產品質量良好。

［1］ Ishikawa K I，Suwabe H，Itoh S I，et al.A basic study of the behavior of slurry action at multi-wire saw［J］.Key Engineering Materials，2003，238/239：89-92.

［2］ Bhagavat S，Kao I.A finite element analysis of temperature variation in silicon wafers during wiresaw slicing［J］.International Journal of Machine Tools&Manufacture，2008，48（1）：95-106.

［3］ 高敏杰，徐元清，王紅霞.晶硅片切割廢砂漿中碳化硅的旋流工藝研究［J］.無機鹽工業，2015，47（11）：60-62.

［4］ Enomoto T，Shimazaki Y，Tani Y，et al.Development of a resinoid diamond wire containing metal powder for slicing a slicing ingot［J］. CIRP Annals-Manufacturing Technology，1999，48（1）：273-276.

［5］ Yao Chunyan，Peng Wei，Liu Fuqing.Formulation and implementation of energy efficient ultraviolet curing for photosensitive resinbounddiamondwiresaws［J］.MathematicalProblemsinEngineering，2013，23（4）：707-724.

［6］ 高冰媛，于愛兵，李照.金剛石工具的回收與再利用［J］.工具技術，2010，44（1）：11-14.

［7］ 張從良，彭國勝，王巖.廢金剛石刀具中銅鈷鎳的回收工藝研究［J］.無機鹽工業，2006，38（9）：54-55.

［8］ Miwa S，Hidaka J.Accurate classification of fine powder［J］.Journal of the Society of Materials Science，Japan，1972，21：602-605.

［9］ Yoshida H，Fukui K，Yamamoto T，et al.Continuous fine particle classification by water-elutriator with applied electro-potential［J］. Advanced Powder Technology，2009，20（4）：398-405.

聯系方式：lvyanyan1027@sina.cn

Recycle of diamond micro-powder from waste liquid resin via alkali decomposition and water classification method

Lü Yanyan，Mu Baoding，Li Yaozheng
（Kaifeng Hengruixin Diamond Product Co.，Ltd.，Kaifeng 475000，China）

Experiments of recycling diamond micro-powder from waste liquid resin via alkali decomposition and water classification method were carried out，and recycling mass of diamond micro-powder was also tested.Results showed that，during the alkali decomposition to waste liquid resin，sodium hydroxide solution decomposed the liquid resin well；the more decomposition times handled by sodium hydroxide solution，the better waste liquid resin separated from diamond micro-powder；after being alkali washed by four or five times，it can separate waste liquid resin from diamond micro-powder，realizing the separation of solid-liquid completely.Water classification method can separate diamond micro-powder from SiC micro-powder，and the final recycling rate of diamond micro-powder reached 92%.

alkali decomposition；waste liquid resin；disperse agent；diamond micro-powder

O613.71

A

1006-4990（2017）01-0049-03

2016-07-21

呂艷艷（1984— ），女，碩士研究生，研究方向為功能晶體材料。