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本标准规定了含氟蚀刻废液组成、处理处置方法及环境保护要求。
本标准适用于TFT-LCD 液晶显示屏玻璃蚀刻、光伏行业蚀刻、IC
硅片蚀刻、电极箔蚀刻及稀土蚀
刻所产生含氟蚀刻废液的处理处置。
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GB 5085.7 危险废物鉴别标准 通则
GB 8978 污水综合排放标准
GB 16297 大气污染物综合排放标准
GB 18599 一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准
GB/T 23936 工业氟硅酸钠
GB/T 27804 氟化钙
GB/T 28653 工业氟化铵
GB/T 28655 工业氟化氢铵
HG/T 4692 工业氟硅酸铵
HG/T 4693 工业氟硅酸钾
YS/T 691 氟化镁
含氟蚀刻废液主要组成见表1。
表 1 主要组成
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GB/T 34697—2017
4.1 TFT-LCD 液晶显示屏玻璃蚀刻、光伏行业蚀刻及 IC
硅片蚀刻废液再生回用
利用除杂剂对 TFT-LCD 液晶显示屏玻璃蚀刻、光伏行业蚀刻及 IC
硅片蚀刻后产生的含氟蚀刻废
液进行处理,过滤除去其中主要杂质氟硅酸(去氟硅酸盐生产系统),滤液再经过1级、2级膜处理提浓
处理后导入到混配反应釜中,加入含一定量氢氟酸的复配酸,得到符合适用条件的TFT-LCD
液晶显示
屏玻璃蚀刻、光伏行业蚀刻及 IC 硅片蚀刻液,重新返回至蚀刻槽中使用。
在含氟蚀刻废液中加入除杂剂,经搅拌、过滤、两级膜处理后,进入复配反应釜,加入复配酸,充分搅
拌后得到 TFT-LCD 液晶显示屏玻璃蚀刻、光伏行业蚀刻及IC
硅片蚀刻液。含氟蚀刻废液再生工艺流
程见图1。
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图 1 含氟蚀刻废液再生工艺流程图
含氟蚀刻废液再生工艺参数如下:
——除杂反应温度:常温;
——除杂反应酸度(以 H+ 计):不大于1.0 mol/L;
——除杂反应时间:0.5 h~1.0 h;
——膜处理温度:常温;
——复配反应温度:常温;
——复配反应酸度(以 H+ 计):不大于1.0 mol/L。
含氟蚀刻废液再生所需主要设备有反应釜、过滤设备、膜处理设备、通风设备、包装设备等。
TFT-LCD 液晶显示屏玻璃蚀刻、光伏行业蚀刻及 IC
硅片蚀刻废液再生技术评价见表2。
GB/T 34697—2017
表 2 评价指标及试验方法
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4.2.1.1 适用范围
此法适用于氢氟酸含量不小于5%,且氟硅酸含量较低的含氟蚀刻废液的处理处置。
4.2.1.2 原理
加入除杂剂,将含氟蚀刻废液进行除杂处理后,过滤,去除其中的硫酸根、氯离子等,加入氢氧化钙
(或氢氧化镁),完全反应后,再经蒸发结晶、过滤洗涤、烘干、粉碎,得到氟化钙(或氟化镁)产品。化学反
应方程式如下:
2HF+Ca(OH)₂=CaF₂+2H₂O
2HF+Mg(OH)₂=MgF₂+2H₂O
4.2.1.3 工艺流程
将含氟蚀刻废液置于反应釜中,加入除杂剂,搅拌,过滤,去除其中的硫酸根、氯离子等,得到一定浓
度的纯净氢氟酸溶液,置于反应釜中,边搅拌边加入氢氧化钙(或氢氧化镁),充分反应后,再经蒸发结
晶、过滤洗涤、烘干、粉碎、包装,得到氟化钙(或氟化镁)产品。工艺流程见图2。
style="width:10.78681in;height:4.92708in" />
图 2 生成氟化钙(氟化镁)工艺流程图
GB/T 34697—2017
4.2.1.4 工艺参数
生成氟化钙(氟化镁)工艺参数如下:
——除杂反应温度:30℃~50℃;
——除杂反应时间:0.5 h~1h;
— 反应温度:30℃~80℃;
— 反应时间:1.0 h~1.5 h;
——干燥温度:100℃~110℃。
4.2.1.5 生产设备
生成氟化钙(氟化镁)主要设备有反应釜、过滤设备、蒸发结晶设备、通风设备、烘干设备、粉碎设备
及包装设备等。
4.2.1.6 产品指标
氟化钙、氟化镁产品应分别符合GB/T 27804、YS/T 691要求。
4.2.2.1 适用范围
此法适用于含有氢氟酸和氟硅酸的含氟蚀刻废液的处理处置。
4.2.2.2 原理
加入除杂剂,将含氟蚀刻废液进行除杂处理后,过滤,去除其中的硫酸根、氯离子等。加入液氨,完
全反应后,再经过滤、蒸发结晶、过滤洗涤、烘干、粉碎,得到氟化铵产品;加入液氨完全反应后,过滤,再
加入氢氟酸调节 pH,
经蒸发结晶、过滤洗涤、烘干、粉碎,得氟化氢铵产品。化学反应方程式如下:
HF+NH₃=NH₄F
H₂SiF₆+6NH₃+2H2O=6NH₄F+SiO₂
NHF+HF=NH₄HF₂
4.2.2.3 工艺流程
将含氟蚀刻废液置于反应釜中,加入除杂剂,进行除杂反应后,过滤,去除其中的硫酸根、氯离子等,
得到一定浓度的纯净氢氟酸和氟硅酸的混合溶液,置于反应釜中,加入液氨,完全反应后,再经过滤、蒸
发结晶、过滤洗涤、烘干、粉碎,得到氟化铵产品;在加入液氨完全反应后,过滤,再加入氢氟酸调节
pH,
经蒸发结晶、过滤洗涤、烘干、粉碎,得氟化氢铵产品。工艺流程见图3。
GB/T 34697—2017
style="width:12.35347in;height:6.22708in" />
图 3 生成氟化铵(氟化氢铵)工艺流程图
4.2.2.4 工艺参数
生成氟化铵(氟化氢铵)工艺参数如下:
——除杂反应温度:常温;
— 除杂反应时间:0.5 h~1 h;
——反应温度:20℃~40℃;
—反应时间:2.0 h~3.0 h;
——结晶温度:60℃~100℃;
—干燥温度:100℃~110℃;
——生产氟化氢铵控制 pH:2.0~3.0。
4.2.2.5 生产设备
生成氟化铵(氟化氢铵)主要设备有反应釜、过滤设备、蒸发结晶设备、通风设备、烘干设备、粉碎设
备及包装设备等。
4.2.2.6 产品指标
氟化铵、氟化氢铵产品应分别符合GB/T 28653、GB/T 28655 要求。
此法适用于氟硅酸含量不小于5%,氢氟酸含量较低的含氟蚀刻废液,
一般生产氟硅酸钾、氟硅酸
钠、氟硅酸铵等。
在含氟蚀刻废液中加入除杂剂,经搅拌、过滤,去除其中的硫酸根、氯离子、氟离子等,再加入氯化钾
GB/T 34697—2017
(或氯化钠、氨水),充分反应后,经过滤、洗涤、烘干、粉碎,得到氟硅酸钾(或氟硅酸钠、氟硅酸铵)产品。
化学反应方程式如下:
H2SiF₆+2KCl=K2SiF₆+2HCl
H2SiF₆+2NaCl=Na₂SiF₆+2HCl
H2SiF₆+2NH₃ ·H₂O=(NH₄)₂SiF₆+2H₂O
将含氟蚀刻废液置于反应釜中,加入除杂剂,搅拌,过滤,去除其中的硫酸根、氯离子、氟离子等,得
到氟硅酸,配成一定浓度的纯净氟硅酸溶液,置于反应釜中,在一定的温度下,边搅拌边加入一定浓度的
氯化钾(或氯化钠、氨水)溶液,并适量过量,充分反应后,再经过滤、洗涤、烘干、粉碎、包装(若充分反应
后溶液浓度较低时,根据具体情况增加蒸发结晶工艺),得到氟硅酸钾(或氟硅酸钠、氟硅酸铵)产品。工
艺流程见图4。
style="width:11.83403in;height:5.05347in" />
图 4 生产氟硅酸盐工艺流程图
生成氟硅酸盐工艺参数见表3。
表 3 氟硅酸盐工艺参数
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0.5 h~1h | ||
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1.0 h~1.5 h | 1.0 h~1.5 h | 1.0 h~1.5 h |
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GB/T 34697—2017
生成氟硅酸盐主要设备有反应釜、过滤设备、蒸发结晶设备、通风设备、烘干设备、粉碎设备及包装
设备等。
氟硅酸钾、氟硅酸钠和氟硅酸铵产品应分别符合 HG/T 4693、GB/T 23936 和
HG/T4692 要求。
在处理处置过程中产生的废水,应经综合处理后,达到循环使用要求的送至生产工艺中,不能达到
循环使用要求的,进行无害化处理处置,排放应符合GB 8978 的要求。
在处理处置过程中产生的废气,应采用专业的喷淋吸收等,进行无害化处理,排放应符合
GB 16297
的要求。
在处理处置过程中产生的废渣,应按GB 5085.7
的规定进行鉴别,并符合下列规定:
a)
经鉴别属于危险废物,应根据自身条件进行深度无害化处理,或交由有资质的专业危险废物处
理机构进行处理;
b) 经鉴别属于一般固体废物,应按 GB18599 的要求进行处理。
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(规范性附录)
含氟蚀刻废液再生技术评价方法
A.1 氢氟酸(HF) 含量的测定
A.1.1 原理
将氟离子选择性电极和外参比电极(甘汞电极)浸入待测试样溶液,构成原电池。该原电池的电动
势与氟离子活度的对数呈线性关系,通过测量电极和已知氟离子浓度溶液组成的原电池电动势和电极
与待测氟离子浓度溶液组成原电池的电动势,即可计算出待测试样中氟离子浓度。
A.1.2 试剂或材料
A.1.2.1 氟(F) 标准溶液:1 mL 溶液含氟(F)0.1mg, 用移液管移取10 mL
按 HG/T 3696.2 规定的方
法配制的氟标准液,置于100 mL
容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。此溶液现用现配。
A.1.2.2 饱和氯化钾溶液:3 mol/L, 称取22.365 g
氯化钾固体放入烧杯中,加水溶解,转入100 mL 容
量瓶中,并将烧杯洗涤2次~3次,洗涤液也倒入容量瓶中,定容,摇匀。
A.1.2.3 总离子强度调节缓冲溶液(以下简称:TISAB 缓冲溶液),称取270 g
柠檬酸三钠和24 g 柠 檬
酸,用水溶解,稀释至1000 mL, 摇匀。
A.1.2.4 水:符合GB/T 6682 三级水规格。
A.1.3 仪器设备
A.1.3.1 氟离子选择性电极。
A.1.3.2 酸度计(或离子计):±0.01 pH。
A.1.3.3 磁力搅拌器。
A.1.3.4 饱和甘汞电极。
A.1.4 试验步骤
称取一定量试样,精确至0.0002 g,置于100 mL 塑料烧杯中,加入10 mL
饱和氯化钾溶液,晃动充 分沉淀后,加入100 mL
沸开水,搅拌,使沉淀完全溶解后,转移至250 mL 塑料容量瓶中,加水至刻度,
摇匀,备用(必要时再稀释)。再用塑料移液管移取5 mL 试验溶液,置于50 mL
塑料容量瓶中,加
10 mLTISAB缓冲溶液,加水至刻度,摇匀。
用移液管分别移取0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL氟(F)
标准溶液,置于50 mL 塑
料容量瓶中,加10 mL TISAB缓冲溶液,加水至刻度,摇匀。
将氟离子选择电极和饱和甘汞电极与测量仪器的负端、正端联接。电极插入盛有水的烧杯中,在电
磁搅拌中,读取平衡电位值,更换2次~3次水后,待电位值平衡后,即可进行试样溶液和标准溶液的电
位测定。
以电极电位为纵坐标,氟质量(mg)
为横坐标,在半对数坐标上绘制标准曲线,根据试样电位值在标
准曲线上查出相应的氟的质量。
A.1.5 试验数据处理
氢氟酸含量以氟化氢(HF) 的质量分数 wi 计,按式(A.1) 计算:
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style="width:6.06001in;height:0.66in" /> … …………… (A.1)
式中:
mi — 从标准曲线上查出的试验溶液中氟的质量的数值,单位为毫克(mg);
D 待测试样的稀释倍数;
m —— 试料质量的数值,单位为克(g);
V₁ — 移取试验溶液体积的数值(V₁=5), 单位为毫升(mL);
V — 配制试验溶液体积的数值(V=250), 单位为毫升(mL);
w; — 由 A.3 测得的氟硅酸(H₂SiF₆) 的质量分数;
1.053 —— 氟换算为氟化氢的系数;
0.8332—— 氟硅酸换算为氟化氢的系数。
A.2 其他酸(以 H+ 计)含量的测定——酸碱滴定法
A.2. 1 原理
试样溶液呈酸性,以酚酞为指示液,用氢氧化钠标准滴定溶液滴定至溶液由无色变为红色,得到溶
液总酸度,减去氢氟酸所占的酸度,即为其他酸(以 H+ 计)的含量。
A.2.2 试剂或材料
A.2.2. 1 氢氧化钠标准滴定溶液:c(NaOH)≈0. 1 mol/L。
A.2.2.2 酚酞指示液(10 g/L)。
A.2.3 试验步骤
称取约2.0 g 试样,精确至0.0002 g, 置于250 mL 塑料锥形瓶中,加50 mL
水和2滴~3滴酚酞指
示液,用氢氧化钠标准滴定溶液滴定至溶液由无色变为红色,且30 s
不褪色即为终点。
A.2.4 试验数据处理
其他酸的含量以氢离子(H+) 质量分数 w: 计,按式(A.2) 计算:
style="width:5.14669in;height:0.60016in" /> … … … … … … … …(A.2)
式中:
V —
滴定试验溶液所消耗的氢氧化钠标准滴定溶液的体积的数值,单位为毫升(mL);
C —— 氢氧化钠标准滴定溶液浓度的准确数值,单位为摩尔每升(mol/L);
M — 氢(H) 摩尔质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)(M=1.008);
— 试料质量的数值,单位为克(g);
wi — 由 A. 1 测得的氢氟酸(HF) 的质量分数;
0.05038——氟化氢换算为氢的系数。
A.3 氟硅酸(H₂SiF₆) 含量的测定
A.3. 1 原理
试样中的氟硅酸在0℃±2℃条件下,与氯化钾饱和溶液反应生成氟硅酸钾沉淀。过滤后,加沸水
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使沉淀完全溶解,然后以酚酞为指示液,用氢氧化钠标准滴定溶液滴定,根据氢氧化钠标准滴定溶液的
消耗量,确定氟硅酸的含量。
A.3.2 试剂或材料
A.3.2.1 无水乙醇(分析纯)。
A.3.2.2 饱和氯化钾溶液,称取22.365 g 分析纯氯化钾溶于水,稀释至100 mL,
摇匀。
A.3.2.3 氢氧化钠标准滴定溶液,c(NaOH)≈0. 1 mol/L,按 HG/T 3696.1
规定的方法进行制备。
A.3.2.4 酚酞指示液(10 g/L), 按 HG/T 3696.3 规定的方法进行制备。
A.3.3 试验步骤
称取约2.0 g 试样,精确至0.0002 g, 置于150 mL 聚四氟乙烯烧杯中,加5 mL
氯化钾饱和液,搅 拌。置于温度为0℃±2℃下放置30 min,
使沉淀完全。然后用塑料漏斗进行过滤,待滤液全部通过
后,用无水乙醇洗涤沉淀3次,每次约3 mL。 将滤纸及沉淀置于150 mL
聚四氟乙烯烧杯中,加少量沸
开水,并用塑料棒将滤纸捣碎,加适量沸水,使沉淀全部溶解。加2滴~3滴酚酞指示液,用氢氧化钠标
准滴定溶液滴定至溶液由无色变为红色,且30 s 不褪色即为终点。
A.3.4 试验数据处理
氟硅酸含量以氟硅酸(H₂SiF₆) 的质量分数 w₃ 计,按式(A.3) 计算:
style="width:3.19339in;height:0.62018in" /> … … … … … … … … … …(A.3)
式中:
V—
滴定试验溶液所消耗的氢氧化钠标准滴定溶液的体积的数值,单位为毫升(mL);
c — 氢氧化钠标准滴定溶液浓度的准确数值,单位为摩尔每升(mol/L);
M——
氟硅酸(style="width:1.25415in;height:0.58674in" />摩尔质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)(M=36.02);
m—— 试料质量的数值,单位为克(g)。
A.4 氢氟酸回收率
氢氟酸回收率以p₁ 计,按式(A.4) 计算:
style="width:2.97344in;height:0.72006in" /> … … … … … … … … … …(A.4)
式中:
mm— 一次出料再生蚀刻液质量的数值,单位为千克(kg);
wim— 处理后再生蚀刻液中氢氟酸的质量分数;
m 投——一次投料含氟蚀刻废液质量的数值,单位为千克(kg);
wi 投 — 含氟蚀刻废液中氢氟酸的质量分数。
取平行测定结果的算术平均值为测定结果,两次平行测定结果的绝对差值应不大于0.3%。
A.5 其他酸回收率
其他酸回收率以p: 计,按式(A.5) 计算:
style="width:2.98666in;height:0.70664in" />
… … … … …(A.5)
GB/T 34697—2017
式中:
m 山—一次出料再生蚀刻液质量的数值,单位为千克(kg);
wzm— 处理后再生蚀刻液中其他酸的质量分数;
m 投——一次投料含氟蚀刻废液质量的数值,单位为千克(kg);
W— 含氟蚀刻废液中其他酸的质量分数。
取平行测定结果的算术平均值为测定结果,两次平行测定结果的绝对差值应不大于0.3%。
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