CN110072638A - 用于多晶硅的分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于多晶硅的分离装置，其具有至少一个筛板(1)，该筛板(1)具有多晶硅的进料区(2)、具有峰部(32)和谷部(31)的成形区(3)、具有筛孔(41)的与该成形区(3)邻接的区(4)、出料区(5)、布置在筛孔下方的能够水平和竖向移位的分离板(7)，其中，筛孔(41)沿着出料区(5)的方向变宽。

Description

用于多晶硅的分离装置

技术领域

本发明提供了一种用于多晶硅的分离装置。

背景技术

多晶体硅(简称多晶硅)用作通过切克劳斯基(CZ)或区熔(FZ)工艺生产半导体用单晶硅以及通过各种拉制和浇铸工艺生产单晶或多晶硅以生产用于光伏领域的太阳能电池的起始材料。

通常借助于西门子工艺生产多晶硅。对于大多数应用来说，由此产生的多晶硅棒被破碎成小块，随后通常根据小块的尺寸对其进行分级。典型地，筛分机用于在粉碎之后将多晶硅分选/分类成不同大小的类别。

可选择地，在流化床反应器中生产粒状多晶硅。一旦生产出来，粒状多晶硅典型地借助于筛分设备被分成两个或更多个粒度或类别(分类)。

筛分机通常是用于筛分的机器，即用于根据颗粒大小分离固体混合物的机器。在平面振动筛分机和摇床筛分机之间就运动特性作了区分。筛分机通常由电磁装置或者由不平衡电机或驱动器驱动。筛盘的运动用于沿筛纵向方向进一步传送带电材料，并用于使细小部分通过筛孔。与平面振动筛分机相比，重力筛分/抛掷筛分机可以实现竖直和水平筛分加速。

在多晶硅的破碎、包装和运输期间，形成的尘粒和细粒部分的量如此之大，以致如果不进一步筛分或分离，则会导致在拉晶期间产率损失。

因此，在拉晶之前需要将小颗粒和粉尘与多晶硅分离。

然而，现有技术的分离装置、例如棒条筛在移除细粒部分期间倾向于堵塞。其结果是，这些分离装置必须进行循环清洗，因此不能获得连续不变的分离精度。这还需要设备停机和额外的清洁工作。

DE 198 22 996 C1公开了一种用于细长固体颗粒的分离装置，其包括振动盘，该振动盘具有沿输送方向延伸的多个纵向凹槽，用于分离细长固体颗粒的筛孔与纵向凹槽邻接，其中，纵向凹槽的凹槽深度沿输送方向减小。为了避免堵塞并且尽可能确保固体流的流动，一个实施例提供了：筛孔在输送方向上变宽。堵塞在筛孔中的固体颗粒受到随后的固体在输送方向上产生的力。堵塞的固体颗粒因此可以在输送方向上移动，随后通过变宽的筛孔落下。

然而，用DE 198 22 996 C1中提出的装置不能实现尽可能完全的小硅颗粒和粉尘的分离。

发明内容

本发明要实现的目标是由所描述的问题引起的。

本发明的目标通过用于多晶硅的分离装置来实现，该分离装置具有至少一个筛板，该筛板包括多晶硅的进料区、具有峰部和谷部的成形区、与成形区邻接的具有筛孔的区、出料区以及布置在筛孔下方的能够水平和竖向移位的分离板，其中，筛孔沿着出料区的方向变宽。

根据本发明的筛板提供了布置在筛孔/具有筛孔的区下方的分离板。

由于分离板能够水平移位，因此分离板沿着输送方向/沿着出料区的方向的位置可以改变。

同样，分离板还能够竖向移位，使得到筛孔的距离可以变化。

已经发现，这对于提高分离锐度和确保尽可能均匀的分离速度是必要的。

分离板在输送方向上的移位允许筛孔的有效尺寸改变。例如，该分离板可被设置成使得尺寸不大于4mm的多晶硅通过筛孔落下并经由该分离板与剩余的多晶硅分离。

另外，分离板可以相对于竖向方向倾斜，使得分离的多晶硅被接收在收集容器中，而较大的多晶硅同样通过筛孔落下，但是被接收在沿着输送方向布置在该分离板下游的另一收集容器中。

因此，筛板与分离板一起还允许从多晶硅进料中分离出两种粒度。

分离板到筛孔的竖向距离的变化使得能确保细长的多晶硅块不被分离。

因此，分离板可以满足非常不同的需要。

该目标还通过一种工艺来实现，其中，多晶硅被供给到根据本发明的分离装置的筛板上，该筛板被设定为振动，使得多晶硅执行沿着出料区的方向的运动，其中，小颗粒尺寸的多晶硅被收集在筛板的谷部中，并通过筛板的筛孔经由分离板落入收集容器中，从而与多晶硅进料分离，其中，多晶硅进料在不具有被分离的小颗粒尺寸的多晶硅的情况下经受进一步处理。

在一个实施例中，根据多晶硅被设定成的振动强度来选择分离板的位置和高度。分离板到筛板的距离优选地为5mm至20mm；特别优选地为1mm至5mm的距离。

小颗粒尺寸的多晶硅应被理解为是指要通过筛分设备移除的多晶硅进料量的一部分。因此，小颗粒尺寸的多晶硅是待分离的粒度。

在下文中，小颗粒尺寸的多晶硅应被理解为是指硅块表面上两点之间的最长距离(＝最大长度)不超过4mm的多晶硅块。这还应包括细粒部分、小的硅颗粒和硅屑(尺寸不大于100μm)。

筛板包括进料区，在其中进行多晶硅的进料。

在一个实施例中，多晶硅被借助输送通道输送到筛分设备，并被传输到筛板的进料区。

筛板还包括具有沟槽或凹槽或大致凹部以及***/尖端的成形区，使得成形区具有谷部和峰部。

在多晶硅在成形区上的运动期间，小块或小硅颗粒(相对于目标部分小)或细粒部分被收集在成形区的谷部中。

该筛板包括与成形区邻接的具有筛孔的区。筛孔沿着输送方向紧邻成形区的谷部的下游布置。其结果是，存在于成形区的谷部中的多晶硅的细粒部分选择性地通过筛孔。

在一个实施例中，成形区的峰部还延续到具有筛孔的区中，使得整个筛板被成形，但是，筛板在其沿着输送方向的后端处具有筛孔，而非谷部。

在横截面和角度方面，成形区的轮廓在此可以与筛孔的区的轮廓不同。后者是有利的，尤其在筛板或筛板与多晶硅接触的部分由塑料制成时。

因此，通过筛板的筛孔连同分离板实现细粒部分或小块/颗粒的移除。

在一个实施例中，被移除的细粒部分或小块/颗粒由布置在筛板的筛孔下方的收集容器接收。

较大的块在成形区的峰部上通过，到达出料区。

在一个实施例中，出料区被连接到输送通道，较大的块通过该输送通道排出。同样，能够设置另外的邻接筛板，以从多晶硅中移除其它粒度。

因此，本发明提供了一种可以用于所有类型的筛分装置的筛板，其中细粒部分或小颗粒尺寸的硅被收集在筛板的第一区中的谷部中，并且通过在筛板的最后区中的变宽筛孔而被选择性地分离。

筛板的成形区的实现取决于待分离的粒度。成形区的谷部的深度和角度被构造成使得待分离的粒度、即例如细粒部分被收集在谷部中。

因此，本发明涉及一种筛板，其中细粒部分被收集在装置的第一区中的谷部中，并且通过在该装置的最后区中的变宽筛孔而被选择性地分离。因此，无需提供全部粒度的筛缝。

分离装置主要由可被分成两个区的筛板组成。第一区是进料区。在该区中，细粒部分收集在谷部中，并因此选择性地供给到筛孔(其位于在筛板端部处的第二区中)。用于分离的分离步骤在筛板的第二区中借助设置在其中的在输送方向上变宽的筛孔实现。通过这些筛孔实现了所需Si粒度/细粒部分的分离。由于这些筛孔沿着输送方向变宽，因此该***没有被堵塞的趋势。

在一个有利的实施例中，筛孔延伸到沿着输送方向布置的分离装置的端部。因此，筛孔被形成为朝向该端部开口。这是确保在分离装置中没有硅块聚集并且筛孔不会被堵塞的基本特征。

筛孔的孔径角优选地为1°至20°，特别优选地为5°至15°。

筛孔的长度优选地为5mm至50mm，特别优选地为20至40mm。

为了避免堵塞，另一有利的实施例提供了筛孔沿着输送方向上端部处进一步变宽。

该第二变宽部的孔径角优选地为40°至150°；特别优选地为60°至120°。

在一个实施例中，筛孔的角度可以通过合适的装置改变。这可以例如使用由弹性材料制成的元件来实现。已经发现，这对于避免阻塞的颗粒是有利的。

在优选的实施例中，排气装置被安装在分离装置中的筛孔下方，并且被定位成使得排气装置优选地位于筛孔的起始处和分离板之间。

排气装置到下部筛板的距离优选地为1mm至50mm；特别优选地为5mm至20mm。

根据本发明的分离的另一个优选实施例是在筛孔上方设置气流。

所述在筛孔上方设置气流包括一个或多个气体喷嘴，所述气体喷嘴指向筛孔。

根据气体喷嘴的构型，气体射流可以更轻或更强。

轻射流优选地适于帮助灰尘的分离。相反，强射流优选地适于分离更小(0.1mm至4mm)的多晶硅块。气流也可以呈层流的形式。

预期的气体包括根据DIN EN ISO 14644-1(ISO1至ISO6)的洁净室空气、清洁干燥空气、氮气和氩气。

气流优选地被定位在筛孔的起始处和分离板之间。

在一个实施例中，出料区被连接到输送通道，较大的块通过该输送通道排出。同样，可以有另外的邻接筛板，以从多晶硅中移除其它粒度。

在一个实施例中，筛板由选自包括塑料、陶瓷、玻璃、金刚石、无定形碳、硅或金属、衬有石英玻璃的金属和衬有硅的金属的组中的一种或多种材料制成。

在一个实施例中，筛板衬有或涂覆有选自包括塑料、陶瓷、玻璃、金刚石、无定形碳和硅的组中的一种或多种材料。

在一个实施例中，筛板的与多晶硅接触的部分衬有或涂覆有选自包括塑料、陶瓷、玻璃、金刚石、无定形碳和硅的组中的一种或多种材料。

在一个实施例中，筛板包括金属基体以及涂层或衬里，该涂层或衬里由选自包括塑料、陶瓷、玻璃、金刚石、无定形碳和硅的组中的一种或多种材料制成。

在一个实施例中，筛板包括由塑料制成的基体以及由选自包括陶瓷、玻璃、金刚石、无定形碳和硅的组中的一种或多种材料制成的涂层或衬里。

在本发明的一个实施例中，用于上述实施例的塑料选自包括PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PU(聚氨酯)、PFA(全氟烷氧基)、PVDF(聚偏氟乙烯)和PTFE(聚四氟乙烯)的组。

在一个实施例中，筛板包括氮化钛、碳化钛、氮化铝钛、DLC(类金刚石碳)、碳化硅、氮化硅粘结的碳化硅或碳化钨的涂层。

优选地，块尺寸(CS)1、2、3可以借助该筛分装置使用。这些块尺寸通常具有以下尺寸。

块尺寸1 3至15mm

块尺寸2 10至40mm

块尺寸3 20至60mm

各种块尺寸类通常包括较小和较大的块。在每种情况中，较大块与较小块的比例可以高达5％。

筛分装置尤其适用于分离直径例如为0.05至2mm、长度通常高达4mm的小多晶硅片。

在另一实施例中，筛分装置包括用于供给多晶硅材料的漏斗、两个输送单元和两个筛板，其中每个输送单元跟接有一个筛板。一个输送单元与一个筛板形成一个单元。第一单元被描述为单元1，第二单元被描述为单元2。可以对每个单元分别调节以kg/min计的多晶硅输送量。优选的是单元1的输送量与单元2的输送量相同。

特别优选的是单元1的输送量小于单元2的输送量，这是由于这允许在单元2上实现多晶硅块的单个化，其结果是小多晶硅块和粉尘能够被更好地分离。

可以理解到，多个单元也可串联安装。

这种措施改善了小多晶硅片及灰尘的分离。

出料区位于最后一个筛板的末端处。

出料区被成形为使得多晶硅材料滑入所提供的容器中。

该出料区同样可以被设定为振动，以确保没有多晶硅材料留下。

该出口的角度优选地为5°至45°，特别优选地为15°至25°。

不会发生筛子的堵塞，从而获得相同的筛分质量。因此，可以省去纯化步骤(增加设备运行时间，降低人员成本)。与棒条筛相比，分离更精确，从而降低了损失率。

结合根据本发明的方法的上述实施例引用的特征可以相应地应用于根据本发明的装置。相反，结合根据本发明的装置的上述实施例所引用的特征可以相应地应用于根据本发明的方法。本发明的这些特征以及在权利要求中以及在附图的描述中所记载的特征可以单独或组合地实现为本发明的实施例。所述特征可以进一步描述有利于它们自身权利保护的有利实施。

附图说明

图1示出了根据本发明的分离装置的筛板的示意性构造。

图2是具有排气装置和分离板的分离装置的示意图。

图3是具有排气装置和气流的分离装置的示意图。

附图标记列表

1 筛板

2 进料区

3 筛板的成形区

31 成形区的谷部

32 成形区的峰部

4 具有筛孔的区

41 具有孔径角a1的筛孔

5 出料区

6 具有孔径角a2的变宽部

7 分离板

8 排气装置

9 气流进给

具体实施方式

筛板1包括进料区2，在该进料区2中进行多晶硅的进料。多晶硅可以例如通过输送通道被输送到筛分设备并被运输到筛板1的进料区2。

筛板1还包括成形区3。该成形区3提供了另一种沟槽或凹槽或凹部，使得成形区3具有谷部31和峰部32。

在多晶硅于成形区3上运动期间，多晶硅中存在的细粒部分收集在成形区3的谷部31中。

筛板1包括与成形区3邻接的具有筛孔41的区4。筛孔41紧邻成形区3的谷部31的下游(沿输送方向)布置。其结果是，存在于成形区3的谷部31中的多晶硅的细粒部分选择性地通过区4的筛孔41。

成形区3的峰部32优选地也在区4中延续，使得整个筛板1成形，但是在区4中具有筛孔41而非谷部31。

因此，经由筛板1的筛孔41实现细粒部分的分离。分离的细粒部分例如可以由布置在筛板1的筛孔41下方的收集容器接收。

较大的块体在轮廓区的峰部32上通过，到达出料区5。

筛孔41在输送方向上以孔径角a1变宽。

筛孔41在区4的端部处具有由孔径角a2表征的进一步变宽部6。

在优选实施例中，排气装置8安装在分离装置中的筛孔41下方，并且定位成使得排气装置8优选地位于筛孔41的起始处和分离板7之间。

根据本发明的分离的另一个优选实施例是在筛孔41上方设置气流9。

示例

由多晶硅生产者装袋运送的多晶硅材料还包含较小的块和细粒材料。细粒材料，尤其是具有小于4mm的晶粒尺寸的细粒材料，对拉制工艺具有不利影响，因此必须在使用之前移除这种细粒材料。聚块尺寸2被用于测试。

使用具有标称孔宽W＝4mm(方形穿孔)的测试筛(DIN ISO 3310-2)来筛分用于测试的具有聚块尺寸2的多晶硅材料，并使其可用于测试。收集分离的细粒材料并称重。

将10kg块尺寸2的测试多晶硅材料(没有＜4mm的细粒材料)供给到输送单元上。测试多晶硅材料的供给优选地经由漏斗进行。待填充的容器被定位在筛板端部处的第一输送单元上方，使得测试多晶硅材料可以被容易地输送到容器中。

先前分离以用于测试的细粒材料用于该测试。当填充输送单元时，在每2kg测试聚合物材料之后添加2g分离的细粒材料，使得最后对于该测试添加总共10g细粒材料。

随后启动输送单元和筛板。在测试前，输送量被设定为每分钟3kg+/-0.5kg。收集移除的细粒材料并再次称重。每次设定进行5次测试。

表1示出了平均结果：

测试1

该测试使用一个输送单元加上一个筛板执行，该筛板没有排气装置，也没有来自上方的气流。

测试2

该测试使用一个输送单元加上一个筛板执行，该筛板具有排气装置但没有来自上方的气流。

测试3

该测试使用一个输送单元加上一个筛板执行，该筛板具有排气装置以及来自上方的气流。

测试4

该测试使用两个输送单元加上两个筛板执行，这两个筛板没有排气装置并且没有来自上方的气流，每个输送单元跟接有一个筛板。

测试5

该测试使用两个输送单元加上两个筛板执行，这两个筛板具有排气装置但没有来自上方的气流，每个输送单元跟接有一个筛板。

表1

结果表明，根据上述结果，使用排气装置和气流导致移除速率提高8％。

当使用两个筛板并提供排气装置时，能够进一步提高移除速率。

因此，在一个实施例中，分离装置包括两个筛板，每个筛板包括多晶硅的进料区、具有峰部和谷部的成形区、邻接该成形区的具有筛孔的区、出料区、设置在筛孔下方的能够水平和竖向移位的分离板、以及在筛孔下方的排气装置，其中，筛孔沿着该出料区的方向变宽。第一筛板的出料区与第二筛板的进料区邻接，即，在第一筛板中未被分离的多晶硅被供给到第二筛板上。在两个筛板的筛孔下方提供排气装置。

说明性实施例的上文描述应被理解为是示例性的。由此做出的公开使本领域技术人员能够理解本发明以及与之相关的优点，并且还涵盖对所描述的结构和方法的改变和修改对于本领域技术人员是显而易见的。所有这些改变和修改，也因此等同物应该被权利要求的保护范围所覆盖。

Claims (10)

1.一种用于多晶硅的分离装置，所述分离装置具有至少一个筛板(1)，所述筛板(1)包括多晶硅的进料区(2)、具有峰部(32)和谷部(31)的成形区(3)、与所述成形区(3)邻接的具有筛孔(41)的区(4)、出料区(5)以及布置在所述筛孔下方的能够水平和竖向移位的分离板(7)，其中，所述筛孔(41)沿着所述出料区(5)的方向变宽。

2.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述筛孔(41)的变宽部的孔径角不小于1°且不大于20°。

3.如权利要求2所述的分离装置，其特征在于，所述筛孔(41)的变宽部的孔径角不小于5°且不大于15°。

4.如权利要求1至3中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述筛孔(41)的长度为5mm至50mm。

5.如权利要求4所述的分离装置，其特征在于，所述筛孔(41)的长度为20mm至40mm。

6.如权利要求1至5中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述筛孔(41)沿着所述出料区(5)的方向在第一变宽部之后第二次变宽，其中，第二变宽部的孔径角为40°至150°。

7.如权利要求6所述的分离装置，其特征在于，所述第二变宽部的孔径角为60°至120°。

8.如权利要求1至7中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述分离装置包括在筛孔(41)下方的排气装置(8)。

9.如权利要求1至8中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述分离装置包括用于将气流(9)从上方导向到所述筛孔(41)上的装置。

10.一种工艺，其中，多晶硅被供给到如权利要求1至9中任一项所述的分离装置的筛板(1)上，所述筛板被设定为振动，使得多晶硅执行沿着所述出料区(5)的方向运动，其中，小颗粒尺寸的多晶硅被收集在所述筛板(1)的谷部(31)中，并通过所述筛板(1)的筛孔(41)经由分离板(7)落入收集容器中，从而与多晶硅进料分离，其中，所述多晶硅进料在不具有被分离的所述小颗粒尺寸的多晶硅的情况下经受进一步处理。