某半导体工厂含铜废水的来源及处理 Cupriferous Wastewater

某半导体工厂含铜废水的来源及处理 Cupriferous Wastewater

这项工作是在（CC BY 4.0）下进行的。

1 简介

半导体产业作为尖端技术和高附加值产业，对其他产业影响很大。 它是在整个国民经济中具有巨大战略意义的关键技术产业。 半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、技术进步和国防实力的重要标志，世界各国政府都将其视为国家的支柱产业。

近年来，中国电子信息产品的发展速度令世界瞩目。 然而，随着半导体的快速发展和进步，仍然存在一些问题需要进一步解决。 例如，半导体行业在生产过程中会产生各种类型的产品。 工业废水。 这些工业废水中的污染物主要来自于半导体生产过程中的原料元素，如氟、铜、氮等，这些元素过量排放到河流中将会对水源造成严重污染。 因此，如何进行半导体行业生产废水处理也成为我国面临的重要问题。 想要让我国半导体产业的生产更加环保，就必须进行必要的改革，让半导体产业生产过程中产生的废水能够得到合理有效的处理。 只有对废水处理进行必要的改进，才能使我国半导体产业的生产更具竞争力。 更强的能力[1][2]。 在半导体行业的工业废水处理中，如何处理含铜废水也成为近年来国内外研究的热点。 含铜废水的主要处理方法有沉淀、微电解、吸附、离子交换和生物处理等。 在这些处理方法中，絮凝沉淀​​是常用的方法，操作起来比较经济、有效[3]。

2、半导体行业生产废水的类型及危害

目前，半导体行业生产中产生的废水主要分为三类：含氟废水、含铜废水和含氨废水。 这三类废水对我国生态环境和人类生命安全健康造成严重影响。 含氟废水排入河流，最终被动植物摄入，并通过食物链进入人体。 更严重的是，这些污染物元素在自来水中超标，直接被人体摄入，导致一系列疾病。 当水中铜含量达到0.01mg/L时，对水体的自净作用有明显的抑制作用。 超过3.0mg/L时，会产生异味，超过15mg/L则不能饮用。 人体长期摄入过量的铜会导致严重的肝脏疾病； 含氨废水排放到环境中不仅会导致水中藻类等微生物大量繁殖，从而造成水体富营养化，而且氨氧化形成的亚硝酸盐水解产物亚硝胺具有很强的致癌性并直接威胁人类健康。 本文主要介绍含铜废水的来源及处理工艺。

3、本项目含铜废水来源

本项目生产使用的含铜材料主要包括：硫酸铜溶液、铜电极、铜靶材。 其主要污染物为pH值和总铜。

涉及含铜材料及含铜废水排放的生产工艺主要为：铜制造工艺、PVD和化学机械研磨工艺。

3.1. 铜制造工艺

本项目铜制造过程中使用的材料主要包括：硫酸铜溶液、各种添加剂（添加剂、整平剂、混合标准溶液、抑制剂、整平剂标准溶液、促进剂标准溶液）和铜电极。

上述原料铜电极88%沉积在芯片表面，12%作为固体废物收集； 86%的硫酸铜溶液和各种添加剂作为危险废物收集运输，10%的硫酸铜溶液随清洗废水粘附在芯片表面。 排入含铜废水处理系统进行处理。

铜制造过程中产生的硫酸铜废液作为危险废物委托有资质的厂家进行处理，含铜废水排入含铜废水处理系统进行初步处理。

3.2. 物理气相沉积工艺

物理气相沉积（Vapor，PVD）是指在真空条件下采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发的物质和气体电离，并利用电场的加速作用蒸发的物质及其反应物沉积在工件上。

本项目物理气相沉积（PVD）工艺中使用的铜靶材（70%）大部分沉积在芯片上，小部分（30%）作为废弃靶材使用。

3.3. 化学机械抛光

本项目中采用PVD和铜制造工艺沉积的W膜和Cu膜需要通过化学机械抛光在硅片表面进行抛光。 其中5%的Cu进入产品，大部分（95%）磨成废水，排入含铜废水处理系统处理； W 30%进入产品，大部分（70%）进入研磨废水，排入研磨废水处理系统。

上述过程中产生的含铜废水排入含铜废水处理系统进行初步处理。

4、含铜废水处理工艺

4.1. 含铜废水处理工艺介绍

目前处理含铜废水的主要方法有沉淀法、微电解法、吸附法和离子交换法。 不同的治疗方法有各自的优点和缺点。 下面简单分析几种常见的含铜废水处理方法[3]。

4.1.1. 沉淀法

沉淀法是铜和大多数重金属的常规处理方法。 化学处理含铜电镀废水具有技术成熟、投资少、处理成本低、适应性强、管理方便、自动化程度高等诸多优点。 一般酸性含铜废水经过调节pH值后，再经过沉淀过滤，处理后废水中铜离子的质量浓度明显低于国家标准规定的污水排放标准。 沉淀法的缺点是处理后会产生含重金属的污泥。 如果污泥处理不当，将会对环境造成二次污染。 一般产生的污泥会委托有资质的生产企业作为危险废物进行处理[4]。

4.1.2. 微电解法

微电解技术利用原电池的原理，将废水中的铜离子进行电子交换成铜元素，从而达到去除铜离子的目的。 微电解法处理废水，又称内电解法、铁屑过滤法等，具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低、操作维护方便等优点。 微电解可以进行絮凝、吸附、氧化还原、电沉积等作用，在半导体行业生产废水的处理中具有重要意义。 在一些行业的含铜废水处理方面也有了一些研究和应用[5]。

4.1.3. 吸附法

吸附法的原理是利用某些材料的吸附作用来吸附废水中的铜离子，从而达到去除废水中铜含量的效果。 吸附法在处理含铜废水方面具有许多优点。 据研究，常见的吸附材料，如活性炭、沸石分子筛、粉煤灰、矿渣等，对铜离子具有良好的吸附效果，且这些吸附材料来源广泛，性价比高。 降低。 除了上述传统吸附材料外，生物吸附方法也开始逐渐成为研究热点。 研究表明，凤眼莲短期内对含铜废水有良好的处理效果。 其净化效果依赖于根部的吸收和富集。 根据水中铜离子含量不同，铜离子总去除率可达77%~91。 % 不同的效果 [6] [7] [8]。 然而，目前最常用的吸附材料使用寿命短，再生困难，且无法回收铜。 它们需要作为危险废物进行处理，这也增加了危险废物处理系统的负担。

4.1.4. 离子交换法

离子交换法用于处理含铜废水，通常采用阳离子交换树脂。 该方法对于含铜小于200mg/L的废水较为有效。 处理量大，出水水质好，占用空间少，不需要废水处理。 分类加工、成本相对较低等特点。 但离子交换法存在投资大、对树脂要求高、控制管理不便等缺点[9]。

4.2. 本项目含铜废水处理技术及可行性分析

4.2.1. 本项目含铜废水特点

在铜制造工艺中，在完成Cu沉积之后，进行酸洗工艺。 使用硫酸、双氧水和纯水的混合溶液对硅片表面进行清洗，然后进入水洗阶段，即将酸洗后的硅片用纯水进行清洗。 再次清洁以除去附着的酸。 酸洗后的硫酸废液排入废酸处理系统，水洗后的含铜废水排入含铜废水处理系统。 此阶段的含铜废水呈酸性。 。

化学机械抛光工艺中，研磨完成后，进行碱洗，去除芯片表面的颗粒，然后用氢氟酸、超纯水或CTS-100（柠檬酸）的混合溶剂对硅进行酸洗晶圆。 去除硅片表面的金属和自然氧化层，然后使用三级超纯水清洗对硅片表面进行清洗。 第一次清洗废水进入相应的含铜废水处理系统进行处理（本阶段含铜废水pH值较低），第二次、第三次清洗废水排入工艺清洗水系统进行处理并循环使用。

综上所述，本项目含铜废水为酸性含铜废水，其污染物主要为pH值和总铜。

4.2.2. 本项目含铜废水处理工艺流程

结合本项目含铜废水的特点、水量以及项目自身特点，含铜废水处理系统技术采用“混凝沉淀法”的总体方向。 为了提高含铜废水的处理效率，在混凝沉淀的基础上，还结合其他处理工艺，如使用Cu回收剂； 为了达到更彻底的反应效果，在反应罐1的基础上增加了具有相同工艺的反应罐2； 在沉淀池和澄清池中间环节，增设一级多介质过滤器。 沉淀池上层溶液过滤后进入清水池，然后排入最终中和处理池。 其处理过程如下：

1. 的

。 含铜废水处理工艺流程

4.2.3. 本项目含铜废水处理工艺可行性分析

一方面，我国目前处理含铜废水的絮凝沉淀法是非常成熟的工艺，处理效率高，能够满足排放标准的要求。 同行业有众多成功案例； 另一方面，添加NaOH的成本较低且运行稳定。 据相关研究表明，参考国内同类项目的经验数据，该系统对各类污染物的处理效果较好。 详细信息请参见：

表 1. 上的

。 含铜废水处理系统污染物处理效果分析

注：“/”表示本项目含铜废水处理系统不认可该指标。

由上表可知，本项目系统出口Cu浓度为1.80~2.60mg/L，处理后浓度为0.63mg/L。 系统出水浓度低于同类型企业的系统出水浓度，因此本项目采用“混凝沉淀+重补充+过滤法”的方法处理含铜废水是可行的。

5 结论

本项目含铜废水处理工艺以传统沉淀法为基础，结合重金属捕集法、多介质过滤器等多种处理方法，在含铜废水处理方面取得了可观的效果。废水。

加强生态环境保护是我国经济发展过程中必须重视的问题。 现阶段半导体行业的生产过程中，废水处理是一项重要内容。 半导体工厂产生的废水是由其产品生产工艺的特点决定的。 悬浮物体积小、成分复杂，处理难度大。 然而，只有对废水处理工艺进行必要的改进，我国半导体产业才能在加速半导体经济增长的同时，提高生产竞争力，实现环境可持续发展[10]。

文章引用

史长民. 某半导体厂含铜废水的来源及处理

并合而为一[J]. 环境保护前沿, 2020, 10(04): 564-568.

参考

1.王新玲，等。 可持续发展概论[M]． 济南：山东人民出版社，2000。

2. Lin, SH 和 Kiang, CD (2003)，以及来自一项计划。 , 97, 159-171。 (02)00257-1

3. 段锐，王立和，杨翠英，寇晓燕。 常温中和铁氧体处理高浓度含铜废水的研究[J]. 工业水处理，2013（33）：53-56。

4.邱阳。 含铜废水处理方法研究进展[J]. 污染防治技术，2015（3）：22-24。

5. 李雷，邢志强，郑铮。 微电解处理钛菁废水中铜的研究[J]. 工业水与废水，2004，35(1)：30-45。

6.曾锐，王曦。 电镀废水生物处理技术研究进展[J]. 涂料、涂料与电镀，2006，4(3)：35-46。

7. 李波，刘淑萍。 含铜废水处理技术及研究进展[J]. 矿物综合利用，2008（5）：18-30。

8.石蓉，刘美英。 高含氟废水处理方法研究[J]. 环境保护科学，2002，28(109)：15-30。

9.王永成，方益民，吴阳东，刘洋。 电路板蚀刻废液提铜后废水处理技术的改进及应用[J]. 广东化学工业，2013（1）：97-99。

10.焦碧芳，主编。 环境友好型经济增长——21世纪中国的必然选择[M]. 上海：复旦大学出版社，2001。