Slurry & Aufbereitung

Aufbereitung und Rückgewinnung: wie SiC und Glykol aus Sägeslurry getrennt werden

Slurry & Aufbereitung · Veröffentlicht am 2026-10-21

Die Aufbereitung einer verbrauchten Sägeslurry verfolgt zwei Ziele: Sie soll die noch schneidfähigen Siliciumcarbid-Körner von Feinanteil, Silicium und Metall befreien, und sie soll das Glykol so reinigen, dass es wieder als Trägerflüssigkeit taugt. Die einzelnen Anlagen unterscheiden sich, doch die Grundoperationen sind dieselben.

Ausgangslage

Eine gebrauchte Slurry enthält intakte SiC-Körner, zerbrochenes und abgerundetes Feinkorn, sehr feinen Siliciumabrieb, Eisen vom Draht und eine Glykolphase, die Wasser aufgenommen hat (siehe Warum Slurries aufbereitet werden). Der wichtigste Unterschied zwischen den Feststoffen ist die Größe: Der Siliciumabrieb ist deutlich feiner als die brauchbare Körnung. Fast alle Verfahren beginnen deshalb mit einer Trennung nach Partikelgröße und Sinkgeschwindigkeit.

Einen systematischen Überblick über die vorgeschlagenen Verfahren, ihre physikalischen Grundlagen, Vor- und Nachteile und die Kriterien für die Verfahrenswahl gibt die Übersichtsarbeit von Gopala Krishna Murthy (Resources, Conservation & Recycling 104, 2015). Die folgenden Schritte fassen die Grundoperationen zusammen, die in dieser Literatur und in Patentschriften immer wieder auftauchen.

Schritt 1: Fest-flüssig-Trennung

Zuerst wird ein großer Teil der Flüssigkeit vom Feststoff getrennt. Dafür kommen Sedimentation (Eindicker, Schwerkraftklassierer), Zentrifugen, Hydrozyklone und Filtration in Frage; eine Patentschrift zur Aufbereitung nennt genau diese Optionen und betont, dass dabei möglichst viel SiC ohne nennenswerte Siliciumverluste abgetrennt werden soll (EP 2 274 767 A2).

Ein Beispiel für eine konkrete Abfolge beschreibt eine Patentschrift mit Priorität aus dem Jahr 2005: Eine Fest-flüssig-Zentrifuge teilt die unverdünnte Slurry in eine feststoffreiche Fraktion mit den Körnern oberhalb von etwa 2 µm und eine flüssige Fraktion, die den Großteil des Glykols und die feinen Feststoffe enthält (US 8 512 577 B2).

Schritt 2: Klassierung der Körnung

Hydrozyklone

Ein Hydrozyklon ist ein kegelförmiger Behälter ohne bewegte Teile. Die Suspension tritt tangential ein und gerät in eine schnelle Drehung. Schwere und grobe Teilchen werden an die Wand gedrückt und verlassen den Zyklon unten (Unterlauf), feine und leichte Teilchen gelangen mit dem Großteil der Flüssigkeit in den aufsteigenden Innenwirbel und oben hinaus (Oberlauf). Damit trennt der Zyklon nach einer Trenngrenze, die von Geometrie, Druck, Viskosität und Feststoffgehalt abhängt.

Weil ein einzelner Zyklon nicht scharf trennt, werden mehrere hintereinander geschaltet. In der genannten Patentschrift durchläuft die feststoffreiche Fraktion eine Batterie aus mehreren Hydrozyklonen (alternativ Zentrifugen) in Reihe; geklärte Flüssigkeit wird im Gegenstrom am letzten Zyklon zugegeben, und der Unterlauf jeder Stufe speist die nächste. Am Ende steht eine Kornsuspension, die weitgehend frei von SiC-Feinkorn ist (US 8 512 577 B2). Auch die zweite Patentschrift hebt hervor, dass Zyklone den größten Teil der groben SiC-Körner wirksam abtrennen (EP 2 274 767 A2).

Zentrifugen und Dekanter

Zentrifugen arbeiten nach demselben Prinzip der beschleunigten Sedimentation, aber mit rotierender Trommel. Sie erreichen höhere Beschleunigungen als ein Zyklon und eignen sich für feinere Trennschnitte und zum Klären der Flüssigkeit. Welche Kombination aus Zyklonen und Zentrifugen eine Anlage verwendet, hängt von Durchsatz, gewünschter Trennschärfe und Energiebedarf ab.

Ziel der Klassierung

Am Ende soll die zurückgewonnene SiC-Fraktion wieder eine Korngrößenverteilung haben, die zu einer genormten Körnung passt (siehe Körnungsnormen). Fehlt grobes Korn, wird mit Frischkorn ergänzt. Der Feinanteil, also Bruchkorn und Silicium, wird ausgeschleust.

Schritt 3: Reinigung der SiC-Körnung

Nach der Klassierung haften an den Körnern noch Glykol, Siliciumstaub und Metall. Die US-Patentschrift beschreibt dafür eine Abfolge in einem einzigen Druckbehälter: Druckfiltration, Heißwäsche mit zurückgewonnenem Wasser, alkalisches Ätzen mit Natron- oder Kalilauge zur Entfernung von feinem Silicium, Waschen, saures Ätzen zur Entfernung von Metallpartikeln, erneutes Waschen und Trocknen mit Heißluft. Für die Ausbeute an wiederverwendbarem Korn nennt die Schrift 85 bis 95 % (US 8 512 577 B2). Das ist eine Angabe aus einer Patentschrift, kein unabhängig gemessener Branchenwert.

Alternativ oder ergänzend wird Eisen magnetisch abgetrennt. Die europäische Patentschrift beschreibt eine Magnetscheidung, die Stahlpartikel aus der SiC-armen Suspension zieht, gefolgt von einer Laugung der Restmetalle mit Säure (EP 2 274 767 A2).

Schritt 4: Rückgewinnung des Glykols

Die flüssigen Fraktionen enthalten Glykol, Wasser, gelöstes und kolloidales Material, feine Feststoffe und Metall. Die Rückgewinnung läuft typischerweise in drei Stufen:

1. Klären: Feinfiltration oder Mikrofiltration entfernt Restfeststoffe. Eine Patentschrift weist darauf hin, dass Membranen bei unbehandelter Slurry schnell verblocken, eine Vorbehandlung also nötig ist (US 8 734 751).
2. Metalle entfernen: In der US-Patentschrift 8 512 577 wird die Flüssigkeit entweder alkalisch gestellt, damit Eisen als Hydroxid ausfällt und abfiltriert werden kann, und danach neutralisiert, oder sie läuft über Kationen- und Anionentauscher.
3. Wasser abtrennen: Weil Glykol einen viel höheren Siedepunkt als Wasser hat, lässt sich das Wasser verdampfen; zurück bleibt entwässertes Glykol. Die Schrift nennt für die Glykolrückgewinnung ebenfalls 85 bis 95 %.

Das zurückgewonnene Glykol wird auf Wassergehalt und Viskosität geprüft, gegebenenfalls mit Frischglykol verschnitten und wieder mit Körnung zu einer Slurry angesetzt.

Schritt 5: Neu ansetzen und prüfen

Die aufbereitete Slurry muss die Spezifikation der Säge erfüllen. Üblich sind Prüfungen von Korngrößenverteilung, Dichte, Viskosität, Wassergehalt und Metallgehalt. Erst wenn diese Werte stimmen, geht die Slurry zurück an die Säge. Ob die Aufbereitung im Waferwerk selbst oder bei einem externen Dienstleister stattfindet, ist eine wirtschaftliche Entscheidung; Murthy diskutiert beide Modelle und beobachtet einen Trend zur Aufbereitung im eigenen Werk.

Übersicht der Grundoperationen

Für das, was nach der Aufbereitung übrig bleibt, vor allem den Siliciumabrieb, siehe Sägeverlust und Siliciumrückgewinnung.

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