一种利用刻蚀废渣生产炼钢化渣精炼剂的方法

技术领域

本发明涉及一种利用刻蚀废渣生产炼钢化渣精炼剂的方法。

背景技术

在半导体元件的制造过程中，作为代替等离子体蚀刻的、能够进行微细化蚀刻的方法，在腔室内不生成等离子体而是进行化学性蚀刻的、被称作化学氧化物去除处理。

化学刻蚀后的废弃物，即刻蚀废渣，含有高浓度的易溶性氟化物和可溶性含钡化合物等组分，不加以处理排放，对于环境有危害。中国华南某市产生的刻蚀废渣成分检测如下表1：

表1：某厂产生的刻蚀废渣的组分（质量百分数，W()%）

从刻蚀废渣的化学组分来看，刻蚀废渣中含有多种对于环境和生物有危害的易溶性氟和重金属氧化物，其氟的浓度含量很高，重金属氧化物呈现多组分分布的特点。

查阅文献（1）盖晨在 2014年第8期《光半导体技术》上公布了题为“40 nm一体化刻蚀工艺技术研究”的论文，文中有“本文主要阐述了华力微电子有限公司40 nm低功耗芯片工艺研发过程中，一体化刻蚀工艺开发所遇到的诸多工艺问题，以及这些问题产生的机理分析，并结合工艺设备与工艺特性，给出了解决这些工艺问题的方向与方法。”的内容表述，文中没有提及刻蚀废渣的资源化利用；（2）王红松在2020年2月第四期的《化工管理》杂志上，公布了题为“浅谈化学蚀刻技术的发展及意义”的论文，文中有“蚀刻过程中产生的废液对水的污染是利用化学蚀刻技术对工件进行加工生产中普遍存在的问题。一般采取的措施是采用第二次喷淋操作的方法，腐蚀剂不重复使用，一方面提高蚀刻效率，另一方面减轻了由于盐类聚集而造成的废液难处理问题。”文中同样没有提及刻蚀废渣的资源化利用；

通过以上公开的文献可知，没有刻蚀废渣在钢铁行业资源化利用研究的内容介绍。

二次铝灰，是指把一次铝灰中间的金属铝，通过炒灰、熔融等工艺，回收其中的金属铝以后，产生的以氧化铝为主，同时含有多种盐类化合物的废弃物。

二次铝灰的成分因各生产厂家原料及操作条件的不同而略有变化，但通常都含有金属铝，铝的氧化物、氮化物、碳化物、盐和金属或非金属氧化物，如SiO

查阅文献（1）李燕龙，张立峰，杨文等人在2014年第3期的《钢铁》杂志上，公布了题为“铝灰用于钢包渣改质剂试验”的论文，文中有：“低铝铝灰中单质Al质量分数小于5%，循环再利用性较差。对其用于钢包渣改质剂的可行性做了试验， 发现铝灰中除单质Al外，A1N也是一种还原剂。试验采用渣钢比1:1O放人MgO坩埚中加热到1600℃，将铝灰和石灰与萤石按4:6:1混合后加入坩埚中，保温90min后自然冷却。试验结果表明：低铝铝灰具有很好的还原性，可将钢包渣中W([Fe0])由31.17％降低至3.24% ，钢中W([O])由 480×10

LF钢水精炼工艺过程中，使用石灰作为造渣的主要材料，对于钢水的精炼起决定性的作用。钢水精炼过程中石灰熔解成为液态钢渣，主要采用化渣剂萤石和各种助熔材料，促进石灰的熔解,其中含有Al

查阅文献（1）李波，魏季和，张学军等人在《炼钢》杂志上，公布了题为“CaO-CaF

根据以上的文献可知，还没有将刻蚀废渣与二次铝灰同时综合利用生产钢水精炼剂的工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用刻蚀废渣生产炼钢化渣精炼剂的方法，利用废弃刻蚀渣和二次铝灰作为钢水精炼的顶渣改质剂资源化利用，替代钢水精炼用萤石和铝渣球，在解决了刻蚀废渣和二次铝灰资源化利用的同时，优化了钢水精炼工艺过程。

本发明采用的技术方案是，一种利用刻蚀废渣生产炼钢化渣精炼剂的方法，依次按照下列步骤实施：

A、 将刻蚀废渣拉运到造球生产线待用；

B、 将二次铝灰拉运到造球生产线待用，其中二次铝灰中的Al

C、 采购粒度为150目的膨胀石墨，拉运到造球生产线待用；

D、 采购碳酸钙小颗粒料、粒度：1～3mm，CaO>50%，拉运到造球生产线待用；

E、 将刻蚀废渣、二次铝灰、碳酸钙、膨胀石墨按照质量百分数为65:20:5:10的比例加入到双轴搅拌机中，加入后搅拌40min，搅拌均匀后出料；

F、 将以上混合均匀的混合料，加入对辊高压干粉压球机，生产成为直径20～50mm的球体；

G、将以上球体用防潮袋包装后，拉运到炼钢厂炼钢的精炼工序，替代炼钢使用的化渣剂萤石使用。

本发明利用废弃刻蚀渣和二次铝灰的特点，结合冶金学原理，将刻蚀废渣中添加二次铝灰、碳酸钙、膨胀石墨后，采用搅拌机搅拌均匀后，利用干粉压球机生产成为20mm～50mm的球团，作为钢水精炼的顶渣改质剂资源化利用，应用于钢水的CAS、LF、RH、VD等精炼工艺，替代钢水精炼用萤石和铝渣球，在解决了刻蚀废渣和二次铝灰资源化利用的同时，优化了钢水精炼工艺过程。

本发明的创新点如下：

1）、发明人使用碳酸盐颗粒作为造球的骨料，同时碳酸盐和膨胀石墨受热分解能够促进球团快速分解，形成N个小颗粒，提高了化学反应的速度，使材料能够满足钢水精炼工艺过程的要求。

2）、发明人添加活性组分，降低了刻蚀废渣中的氟化物，生产成为氟含量浓度与炼钢用萤石氟含量浓度相近的材料，替代萤石在钢水精炼过程中起到迅速化渣的作用，对于钢水精炼工艺过程不产生负面影响。

3）、发明人利用刻蚀废渣中的氟化物在钢水精炼过程中能够解离为离子的特点，添加含碳材料对于刻蚀渣中的部分重金属氧化物进行还原，使之进入钢液，部分碱金属氧化物与精炼渣形成新的矿物相，成为胶凝材料，达到无害化目的；其中能够发生的主要化学反应如下：

4）、发明人在材料中添加一定粒度范围的膨胀石墨和碳酸盐，利用碳氧反应形成的CO气泡和碳酸盐分解产生的CO

5）、刻蚀渣中的BaO和SrO,属于碱金属氧化物，在钢水精炼过程中能够优先于CaO等解离为金属阳离子和氧离子，添加膨胀石墨，能够迅速的与解离的氧离子反应，金属阳离子在钢渣界面能够与钢液中的硫离子反应，提高了精炼渣的脱硫能力。

6）、添加的铝灰，其中的氧化铝与刻蚀渣中的氧化铝一起作为助熔剂，能够降低炉渣的熔点，在氟化物化渣后，氧化铝与精炼渣中的各种碱金属氧化物发生成渣反应，形成低熔点的铝酸钙化合物，起到维持炉渣保持有良好的液态流动性，参与吸附钢液中的夹杂物，这一创新点可替代钢水精炼过程中使用的萤石和铝渣球等氧化铝质造渣剂的用量。

7）、刻蚀渣中的BaO和SrO能够和顶渣中的酸性物质SiO

以上的创新点，是冶金物理化学和粉体力学，晶体力学的融合创新结果。

具体实施方式

一种利用刻蚀废渣生产炼钢化渣精炼剂的方法，依次按照下列步骤实施：

A、 将刻蚀废渣拉运到造球生产线待用；

B、 将二次铝灰拉运到造球生产线待用，其中二次铝灰中的Al

C、 采购粒度为150目的膨胀石墨，拉运到造球生产线待用；

D、 采购碳酸钙小颗粒料、粒度：1～3mm，CaO>50%，拉运到造球生产线待用；

E、 将刻蚀废渣、二次铝灰、碳酸钙、膨胀石墨按照质量百分数为65:20:5:10的比例加入到双轴搅拌机中，加入后搅拌40min，搅拌均匀后出料；

F、 将以上混合均匀的混合料，加入对辊高压干粉压球机，生产成为直径20～50mm的球体；

G、将以上球体用防潮袋包装后，拉运到炼钢厂炼钢的精炼工序，替代炼钢使用的化渣剂萤石使用。