• 자원리싸이클링
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• 제17권4호
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• pp.66-76
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• 2008

반도체 산업에서는 다양한 형태의 반도체 소자를 제조하기 위하여 실리콘 웨이퍼가 사용되고 있다. 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳의 절단으로부터 만들어지며 이 공정에서 실리콘 슬러지가 발생한다. 반도체 소자의 사용처가 점점 증가함에 따라 실리콘 슬러지의 발생량 또한 증가하고 있는 실정이다. 최근 경제적 측면과 효율성 측면에서 폐실리콘 슬러지의 재활용 기술이 폭넓게 연구되고 있다. 본 연구에서는 폐실리콘 슬러지의 재활용에 관한 특허 기술을 분석하였다. 분석범위는 2007년 9월까지 미국, 유럽연합, 일본과 한국에서 출원 및 공개된 특허로 제한하였다. 특허들은 전체적으로 검색어를 사용하여 수집되었고, 기준 기술 이외의 것을 여과하였다. 특허기술의 경향은 년도와 국가별, 기업 및 관련기술 분야별로 분석되었다.

• 자원리싸이클링
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• 제26권6호
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• pp.45-49
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• 2017

반도체 산업의 실리콘(Si) 제조과정에서 실리콘과 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 폐 슬러리가 발생하게 된다. 폐 슬러리는 단순히 시멘트로 고형화하여 보관하거나 매립하는 방법이 있지만, 본 연구에서는 제강공정의 부원료인 승온제로 사용하는 방안이 제시되었다. 폐 슬러리를 정제하여 분말을 만들어 SiC계 슬러지 브리켓으로 재활용하였다. SiC계 슬러지 브리켓은 화학적 성분을 분석하고 투입시기와 투입량에 따른 승온제 특성을 관찰하였다. 이 결과 SiC계 슬러지 브리켓은 제강공장에서 저비용과 고효율로 용강온도를 높이는 효과가 있었다.

• 자원리싸이클링
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• 제16권5호
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• pp.41-45
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• 2007

폐실리콘 슬러지로부터 테트라메틸오쏘실리케이트(TMOS)와 실리카 나노분말을 제조하였다. 먼저, 실리카 나노분말의 전구체인 TMOS를 폐실리콘 슬러지로부터 촉매 화학반응에 의해 합성하였다. TMOS의 합성실험에서 반응온도가 $130^{\circ}C$ 이상에서는 반응시간이 5시간 경과 시 반응온도에 무관하게 100%의 반응율을 나타내었다. 그러나 $150^{\circ}C$ 이상에서는 초기 반응속도가 빨라졌다. 메탄올 주입속도를 0.8 ml/min에서 1.4 ml/min로 증가시에는 3시간 경과 후에는 반응율이 변화하지 않았다. 이와 같이 합성된 TMOS로부터 화염분무열분해법에 의해 실리카 나노분말을 제조하였다. 제조된 실리카 나노분말은 구형이며, 무응집 형태이었다. 평균입자 크기는 전구체의 주입속도 및 농도변화에 따라 9 nm에서 30 nm로 변화하였다.

• 청정기술
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• 제22권4호
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• pp.274-280
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• 2016

본 연구에서는 태양광용 웨이퍼를 제조하는 과정에서 발생하는 실리콘 폐슬러지의 함유물질 중 공정원가의 25% 가량을 차지하고 있는 절삭유를 화학적으로 재생하기 위한 방법을 개발하고자 하였다. 이를 위해 아세톤, HCl, NaOH, KOH, $Na_2CO_3$, 불산, 염화메틸렌 등 7종류의 시약이 이용되었으며 다양한 농도로 폐슬러지와 반응을 실시하고 3000 rpm의 속도로 60분간 원심분리를 수행하였다. 그 결과, 실리콘분말 및 금속분말과 같은 고형물과 액상의 절삭유를 분리하기 위한 최적 시약 및 조건이 0.3 N NaOH로 확인되었다. 시판되는 절삭유의 약산성 특성에 맞게 pH 조절이 요구되어 금속분말 제거에 효과적인 0.1 N HCl과 폐슬러지를 먼저 반응시킨 후 0.3 N NaOH로 후처리 한 재생 절삭유의 pH가 6.05로 나타났으며 0.3 N NaOH 단독으로 폐슬러지에 적용하였을 때 보다 우수한 탁도를 나타내었다. 시판용 절삭유와의 특성을 비교하고자 FT-IR 분석을 실시한 결과, 재생유로서의 가능성이 확인되었으며 실험을 통하여 얻어진 절삭유 회수율은 86.9%로 나타났다.

• 한국분말재료학회지
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• 제23권1호
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• pp.43-48
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• 2016

Waste SiC powders obtained from silicon wafer sludge have very low density and a narrow particle size distribution of $10-20{\mu}m$. A scarce yield of C and Si is expected when SiC powders are incorporated into the Fe melt without briquetting. Here, the briquetting variables of the SiC powders are studied as a function of the sintering temperature, pressure, and type and contents of the binders to improve the yield. It is experimentally confirmed that Si and C from the sintered briquette can be incorporated effectively into the Fe melt when the waste SiC powders milled for 30 min with 20 wt.% Fe binder are sintered at $1100^{\circ}C$ upon compaction using a pressure of 250 MPa. XRF-WDS analysis shows that an yield of about 90% is obtained when the SiC briquette is kept in the Fe melt at $1650^{\circ}C$ for more than 1 h.

• 한국폐기물자원순환학회지
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• 제35권7호
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• pp.670-682
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• 2018

Engineered nanomaterials (ENMs) can be released to humans and the environment through the generation of waste containing engineered nanomaterials (WCNMs) and the use and disposal of nano-products. Nanoparticles can also be introduced intentionally or unintentionally into waste streams. This study examined WCNMs in domestic industries, and target nanomaterials, such as silicon dioxide, titanium oxide, zinc oxide, nano silver, and carbon nanotubes (CNTs), were selected. We tested 48 samples, such as dust, sludge, ash, and by-products from manufacturing facilities and waste treatment facilities. We analyzed leaching and content concentrations for heavy metals and hazardous constituents of the waste. Chemical compositions were also measured by XRD and XRF, and the unique properties of nano-waste were identified by using a particle size distribution analyzer and TEM. The dust and sludge generated from manufacturing facilities and the use of nanomaterials showed higher concentrations of metals such as lead, arsenic, chromium, barium, and zinc. Oiled cloths from facilities using nano silver revealed high concentrations of copper, and the leaching concentrations of copper and lead in fly ash were higher than those in bottom ash. In XRF measurements at the facilities, we detected compounds such as silicon dioxide, sulfur trioxide, calcium oxide, titanium dioxide, and zinc oxide. We found several chemicals such as calcium oxide and silicon dioxide in the bottom ash of waste incinerators.

• 한국분말재료학회지
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• 제28권5호
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• pp.423-428
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• 2021

Here, we report the development of a new and low-cost core-shell structure for lithium-ion battery anodes using silicon waste sludge and the Ti-ion complex. X-ray diffraction (XRD) confirmed the raw waste silicon sludge powder to be pure silicon without other metal impurities and the particle size distribution is measured to be from 200 nm to 3 ㎛ by dynamic light scattering (DLS). As a result of pulverization by a planetary mill, the size of the single crystal according to the Scherrer formula is calculated to be 12.1 nm, but the average particle size of the agglomerate is measured to be 123.6 nm. A Si/TiO₂ core-shell structure is formed using simple Ti complex ions, and the ratio of TiO₂ peaks increased with an increase in the amount of Ti ions. Transmission electron microscopy (TEM) observations revealed that TiO₂ coating on Si nanoparticles results in a Si-TiO₂ core-shell structure. This result is expected to improve the stability and cycle of lithium-ion batteries as anodes.

• 유기물자원화
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• 제31권3호
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• pp.5-13
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• 2023

본 연구에서는 반도체 공정에서 발생하는 폐실리콘 슬러지를 활용하여 고부가가치의 실리카 나노입자로 합성하는 방법들에 대한 비교 연구를 수행하였다. 상세히는, 폐실리콘 슬러지 내에 존재하는 금속과 유기 불순물을 산세 처리를 통해 제거한 뒤 졸-겔법과 수열합성법을 통해 실리카 나노입자로 제조하였다. 두 가지 합성법을 통해 제조된 실리카 나노입자에 대한 다양한 형상 및 특성 분석을 진행하였다. 그 결과, 졸-겔법으로 제조된 실리카 나노입자는 순도가 높고 균일한 형상으로 합성되었으며, 수열합성법은 수율과 단순한 제조법의 이점을 확인할 수 있었다. 본 비교 연구는 폐실리콘 슬러지에서 실리카 나노입자를 제조하는 두 가지 합성법에 대한 상세한 실험 결과를 제시하여, 반도체 공정에서 발생하는 부산물을 활용한 고부가가치 소재 제조법 정립에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국재료학회지
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• 제34권7호
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• pp.370-376
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• 2024

In this study, we report significant improvements in lithium-ion battery anodes cost and performance, by fabricating nano porous silicon (Si) particles from Si wafer sludge using the metal-assisted chemical etching (MACE) process. To solve the problem of volume expansion of Si during alloying/de-alloying with lithium ions, a layer was formed through nitric acid treatment, and Ag particles were removed at the same time. This layer acts as a core-shell structure that suppresses Si volume expansion. Additionally, the specific surface area of Si increased by controlling the etching time, which corresponds to the volume expansion of Si, showing a synergistic effect with the core-shell. This development not only contributes to the development of high-capacity anode materials, but also highlights the possibility of reducing manufacturing costs by utilizing waste Si wafer sludge. In addition, this method enhances the capacity retention rate of lithium-ion batteries by up to 38 %, marking a significant step forward in performance improvements.

• 한국재료학회지
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• 제15권3호
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• pp.177-182
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• 2005

Large amounts of the waste SiC sludge containing small amounts of Si and organic lubricant were produced during the wire cutting process of the single silicon crystal ingots. The waste SiC sludge was purified by the washing process and the purified SiC powders were used to fabricate continuously porous $SiC-Si_3N_4$ composites using a fibrous monolithic process, in which carbon, $6wt\%\;Y_2O_3-2\;wt\%\;A1_2O_3$ and ethylene vinyl acetate were added as a pore-forming agent, sintering additives, and binder, respectively. In the burning-out process, carbon was fully removed and continuously porous $SiC-Si_3N_4$ composites were successfully fabricated. The green bodies containing SiC, Si particles and sintering additives were nitrided at $1410^{\circ}C$ in a flowing $N_2+10\%\;H_2$ gas mixture. Continuously porous composites were combined with SiC, ${\alpha}Si_3N_4,\;\beta-Si_3N_4$ and a few $\%$ of Fe phases. The pore size of the 2nd and the 3rd passed $SiC-Si_3N_4$ composites was $260\;{\mu}m$ and $35\;{\mu}m$ in diameter, respectively.