CN117138917A - 一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，包括如下工艺步骤：将石英矿依次经过粗碎、细碎、制砂、洗砂、烘干及磁选后制得；在粗碎和/或细碎工序所涉及的破碎设备的出料口处设置倾斜的导料出料板，导料出料板上设置用于将经粗碎和/或细碎后的达到砂粒度的细物料先收集起来的出砂口。本发明在部分制砂工作时还进行了磁选，减轻后续磁选工作量，减少最终磁选设备的工作量，减少磁选工序所需工时，整体上提高了生产工艺的生产效率。将经颚式破碎机、圆锥破碎机破碎的达到砂粒度的较细物料先收集起来，增加整个生产工艺的出砂量，避免浪费，破碎过程中进行了部分制砂的工作，提高工作效率，增加出砂量。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃、釉成搪瓷釉的化学成分，具体涉及一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺。
背景技术
光伏石英坩埚是硅片生产中的重要耗材，对硅片产量和品质有重要影响。石英坩埚是单晶炉内用于装放高温硅熔液的器皿，每拉制一炉硅棒即需更换一个石英坩埚，因此其是直拉法制造单晶硅片的重要耗材。石英坩埚具有双层结构：内层与硅溶液直接接触，其品质影响最终的硅片产量和质量，对原材料纯度要求较高，一般采用进口石英砂；外层主要用于散热，一般采用国产石英砂。石英坩埚产业上游为高纯石英砂，下游应用领域广泛，以半导体和光伏为主，其中光伏市场需求增长较为迅猛。光伏坩埚是硅片加工环节关键耗材、硅片品质的重要保障。一只36寸坩埚需要消耗石英砂100公斤，使用寿命约400小时，一个炉子每个月用2个坩埚。石英坩埚的原材料纯度、耐温、耐久性等是单晶品质的重要影响因素。拉晶的过程中，石英坩埚内部的羟基、杂质元素和气泡的含量将会影响硅棒的质量和石英坩埚的使用寿命，其中工艺路线能够改善羟基的含量，但杂质与气泡的含量更多依赖于石英砂本身的纯度。采用高纯石英砂对于石英坩埚的性能至关重要，天然石英砂则杂质含量过多，会影响晶体的生长。
张晋在《非金属矿》2023年3月第46卷第2期上发表的论文《某优质脉石英制备超高纯石英砂工艺试验研究》中利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)、显微冷热台、偏光显微镜、X射线粉末衍射(XRD)仪等研究脉石英性质，制定了“水淬-球磨制砂-浮选-酸浸”的石英砂提纯方案。主要杂质元素Al含量降至6.40×10-6，得到Al、Fe、K、Na、Ca、Mg、Ti、Li、Zr等9项杂质总量小于13×10-6的高纯石英砂。但其组合捕收剂、调整剂NH4F、H2SO4、HCl-NH4Cl复合药剂等化学药剂使用太多，一方面不够环保，需处理后续药剂液，另一方面，药剂使用太多也增加了这种生产工艺的生产成本。程尚栩在《中国高企技术企业》2013年第28期(总第271期)上发表的论文《高纯石英砂工艺流程分析研究》中提到采用硅石通过原矿分选、焙烧、水淬、破碎、磁选、酸浸、浮选、烘焙等工艺制备高纯石英砂，分别对各工艺段实施数据采集，通过分析数据，并进行了有益探讨，得出了相关结论，对生产企业优化工艺流程和提高产品品质提供了保障。而焙烧则耗能较大，酸浸又用到化学药剂。目前也有将石英矿依次经过将石英矿依次经过颚式破碎机、圆锥破碎机、制砂机及洗砂机后制得的生产工艺，相对能耗较低，且较为环保，但出砂量不高，生产效率较低。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，将经颚式破碎机、圆锥破碎机破碎的达到砂粒度的较细物料先收集起来，增加整个生产工艺的出砂量，避免浪费，破碎过程中进行了部分制砂的工作，提高工作效率，增加出砂量。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，包括如下工艺步骤：将石英矿依次经过粗碎、细碎、制砂、洗砂、烘干及磁选后制得；在粗碎和/或细碎工序所涉及的破碎设备的出料口处设置倾斜的导料出料板，导料出料板上设置用于将经粗碎和/或细碎后的达到砂粒度的细物料先收集起来的出砂口。由于在粗碎及细碎过程中也会存在在破碎过程中产生一些粒度较小甚至达到最终目数(粒径)的砂，所以在粗碎与细碎工序所涉及的破碎设备的出料口处设置用于将经粗碎和细碎后的达到砂粒度的较细物料先收集起来的出砂口，增加整个生产工艺的出砂量，避免浪费，在破碎的过程中进行了部分制砂的工作，提高工作效率，增加出砂量。
进一步的技术方案是，在制砂工序及洗砂工序之间设有将制砂后的物料输送到洗砂工序的输送工序，在输送工序中设有磁选工序。输送时进行了部分磁选工作，减轻后续磁选工作量，可以减少磁选工序的工时，提高了本生产工艺的生产效率。
进一步的技术方案是，石英矿经粗碎后加工成粗砂粒度的矿粒，矿粒粒径大于4mm；经细碎后加工成细砂粒度的矿粒，矿粒粒径2～4mm；制砂制得的石英砂粒度为4～70或70～120目；洗砂工序用水量为30～40t/h，时产量15-300吨砂清洗作业；烘干时的温度为200～450℃，烘干时间为6～12h。
进一步的技术方案为，出砂口处固定设置滤网，滤网目数与所需石英砂的粒度相适配。这样设置后由于滤网目数与所需石英砂的粒度相适配，所以滤网上的孔的孔径相较于矿粒要小很多，矿粒不会从出砂口排出，保证出砂口就是出砂用。
进一步的技术方案为，粗碎工序使用的是颚式破碎机对石英矿进行粗碎作业，所述细碎工序使用的是圆锥破碎机对粗碎后的矿粒进行细碎作业，所述制砂工序使用的是冲击式制砂机对细碎后的物料进行制砂作业，所述洗砂工序使用的是轮式洗砂机，所述烘干工序使用的是石英砂烘干滚筒***，所述磁选工序使用的是磁选机。
进一步的技术方案为，颚式破碎机包括设置在基础上的机体，设在机体一侧的减速电机，减速电机的输出轴与带轮传动机构相连，带轮传动机构的一个带轮的带轮轮轴上固定设置偏心轴，偏心轴与动鄂板相连，机体一内侧壁上固定设置与动鄂板匹配的静鄂板；
动鄂板及静鄂板下端分别固定连接有与动鄂板、静鄂板倾斜设置的导料出料板，两块导料出料板平行设置，导料出料板上设置若干个出砂口，出砂口高度均位于两块导料出料板最下端形成的口的上方。将经颚式破碎机、圆锥破碎机破碎的达到砂粒度的较细物料先收集起来，增加整个生产工艺的出砂量，避免浪费，在破碎的过程中进行了部分制砂的工作，提高工作效率，增加出砂量。仅在位于更下方的那块导料出料板上设置出砂口以便于排砂。两块导料出料板平行设置，这样一对导料出料板的间距保持排矿口的尺寸，也即符合尺寸的矿粒可以从平行设置的导料出料板的下端的口处排出，延续原先排矿口对排出矿粒的尺寸要求。
进一步的技术方案为，倾斜导料出料板上的出砂口的下端两侧固定连接有竖直设置的磁选板，磁选板上设置磁选部件。竖直设置的磁选板固定连接在倾斜导料出料板的下板面上，在部分制砂工作时还进行了磁选，减轻后续磁选工作量，减少最终磁选设备的工作量，减少磁选工序所需工时，整体上提高了生产工艺的生产效率。磁选部件可以是永磁性磁性板，由于这里是仅进行部分磁选的工作，所以要求不高，能去除一定的磁性物料即可，因此采用永磁性磁性板，成本低，制备容易。
进一步的技术方案为，两块导料出料板最下端的口处固定设置倾斜滤网，倾斜滤网相对水平面倾斜设置，倾斜滤网的倾斜方向为相对偏心轴的旋转轴线长度方向由左至右越来越高或越来越低，倾斜滤网的最低端作为新排矿口，滤网下方设置出砂收集斗。设置倾斜滤网，而倾斜滤网的目数与制砂所需粒度相适配，所以大粒径的矿粒无法从倾斜滤网上的孔洞排出，只能从新排矿口排出，而小粒径的砂则从倾斜滤网上的孔洞排出，实现破碎时部分制砂、集砂的作用。
本发明的优点和有益效果在于：由于在粗碎及细碎过程中也会存在在破碎过程中产生一些粒度较小甚至达到最终目数(粒径)的砂，所以在粗碎与细碎工序所涉及的破碎设备的出料口处设置用于将经粗碎和细碎后的达到砂粒度的较细物料先收集起来的出砂口，增加整个生产工艺的出砂量，避免浪费，在破碎的过程中进行了部分制砂的工作，提高工作效率，增加出砂量。
输送时进行了部分磁选工作，减轻后续磁选工作量，可以减少磁选工序的工时，提高了本生产工艺的生产效率。
由于滤网目数与所需石英砂的粒度相适配，所以滤网上的孔的孔径相较于矿粒要小很多，矿粒不会从出砂口排出，保证出砂口就是出砂用。
将经颚式破碎机、圆锥破碎机破碎的达到砂粒度的较细物料先收集起来，增加整个生产工艺的出砂量，避免浪费，在破碎的过程中进行了部分制砂的工作，提高工作效率，增加出砂量。
仅在位于更下方的那块导料出料板上设置出砂口以便于排砂。两块导料出料板平行设置，这样一对导料出料板的间距保持排矿口的尺寸，也即符合尺寸的矿粒可以从平行设置的导料出料板的下端的口处排出，延续原先排矿口对排出矿粒的尺寸要求。
磁选部件可以是永磁性磁性板，由于这里是仅进行部分磁选的工作，所以要求不高，能去除一定的磁性物料即可，因此采用永磁性磁性板，成本低，制备容易。
设置倾斜滤网，而倾斜滤网的目数与制砂所需粒度相适配，所以大粒径的矿粒无法从倾斜滤网上的孔洞排出，只能从新排矿口排出，而小粒径的砂则从倾斜滤网上的孔洞排出，实现破碎时部分制砂、集砂的作用。
附图说明
图1是本发明一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺涉及的生产线的示意图；
图2是图1中颚式破碎机及其下方的出砂收集斗部分的放大示意图；
图3是图2中虚线矩形框部分的局部放大示意图；
图4是图2中颚式破碎机的立体示意图；
图5是图2去除静鄂板、最左侧的导料出料板、永磁性磁性板及出砂收集斗后的左视图；
图6是图5的另一种倾斜滤网的布置情况；
图7是图1中圆锥破碎机的立体示意图；
图8是图7的纵剖图；
图9是图1中冲击式制砂机的立体示意图；
图10是图2中A-A向的剖视图；
图11是图1中链板输送机构去除支撑脚后的另一视角的示意图；
图12是图11中链板部分的放大示意图；
图13是图2中垂直于导料出料板方向的侧视图；
图14是本发明实施例二中的颚式破碎机的示意图；
图15是图14中永磁性磁性板与其下方的杠杆机构的放大示意图；
图16是图15的侧视图。
图中：1、导料出料板；2、出砂口；3、滤网；4、减速电机；5、带轮传动机构；6、偏心轴；7、动鄂板；8、静鄂板；9、原先排矿口；10、新排矿口；11、出砂收集斗；12、永磁性磁性板；13、倾斜滤网；14、侧封板；15、冲击式制砂机；16、轮式洗砂机；17、磁选部件；18、链板输送机构；19、颚式破碎机；20、链板；21、通孔；22、烘干设备；23、导料出料腔；24、拓宽腔；25、杠杆；26、配重块；27、底座；28、连接板；29、刮环。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1至图13所示(为便于图示，图1去除颚式破碎机的机体的一块侧板；图2未示出倾斜滤网及拓宽腔；)，本发明是一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，包括如下工艺步骤：将石英矿依次经过粗碎、细碎、制砂、洗砂、烘干及磁选后制得；在粗碎和细碎工序所涉及的破碎设备的出料口处设置倾斜的导料出料板1，导料出料板1上设置用于将经粗碎或细碎后的达到砂粒度的细物料先收集起来的出砂口2。
在制砂工序及洗砂工序之间设有将制砂后的物料输送到洗砂工序的输送工序，在输送工序中设有磁选工序。
石英矿经粗碎后加工成粗砂粒度的矿粒，矿粒粒径大于4mm；经细碎后加工成细砂粒度的矿粒，矿粒粒径2～4mm；制砂制得的石英砂粒度为4～70或70～120目；洗砂工序用水量为30～40t/h，时产量15-300吨砂清洗作业；烘干时的温度为200～450℃，烘干时间为6～12h。
出砂口2处固定设置滤网3，滤网3目数与所需石英砂的粒度相适配。
粗碎工序使用的是颚式破碎机19对石英矿进行粗碎作业，所述细碎工序使用的是圆锥破碎机对粗碎后的矿粒进行细碎作业，所述制砂工序使用的是冲击式制砂机15对细碎后的物料进行制砂作业，所述洗砂工序使用的是轮洗砂机，所述烘干工序使用的是石英砂烘干滚筒***(石英砂烘干滚筒机)，所述磁选工序使用的是磁选机。
颚式破碎机19包括设置在基础上的机体，设在机体一侧的减速电机4，减速电机4的输出轴与带轮传动机构5相连，带轮传动机构5的一个带轮的带轮轮轴上固定设置偏心轴6，偏心轴6与动鄂板7相连，机体一内侧壁上固定设置与动鄂板7匹配的静鄂板8；将颚式破碎机19、圆锥破碎机破碎的出料口设置成倾斜导料出料板1，倾斜导料出料板1上设置出砂口2(出砂口2还可以设置滤网3，滤网3目数与所需石英砂的粒度相适配)，将经颚式破碎机19、圆锥破碎机破碎的达到砂粒度的较细物料先收集起来，增加整个生产工艺的出砂量，避免浪费(破碎过程中进行了部分制砂的工作，提高工作效率，增加出砂量)。
原排矿口处的动鄂板7及静鄂板8下端分别固定连接有与动鄂板7、静鄂板8倾斜设置的导料出料板1，两块导料出料板1平行设置(这样一对导料出料板1的间距保持排矿口的尺寸，也即符合尺寸的矿粒可以从平行设置的导料出料板1的下端的口处排出，延续原先排矿口9对排出矿粒的尺寸要求)，导料出料板1上设置若干个出砂口2，出砂口2高度上均位于两块导料出料板1最下端的口的上方，出砂口2处固定设置滤网3，滤网3目数与所需石英砂的粒度相适配，两块导料出料板1最下端的口处固定设置倾斜滤网13，倾斜滤网13的最低端作为新排矿口10(因为虽然设置了出砂口，但从两块导料出料板1最下端的口处掉落的物料可能仍然存在一些粒度小的砂物料，所以设置倾斜滤网13配合倾斜滤网13下方设置的出砂收集斗可以进一步收集在破碎时产生的粒度小的砂物料)，滤网下方设置出砂收集斗11。
倾斜导料出料板1上的出砂口2的下端两侧设置磁选部件(在部分制砂工作时还进行了磁选，减轻后续磁选工作量，减少最终磁选设备的工作量，减少磁选工序所需工时，整体上提高了生产工艺的生产效率)。磁选部件为倾斜导料出料板1上的出砂口2的下端两侧固定连接的竖直设置的永磁性磁性板12。
冲击式制砂机15制砂后输送到洗砂机(本洗砂机结合了轮式洗砂机16和螺旋式洗砂机依次洗砂)洗砂，(在输送过程中输送设备两侧设置磁选部件17，减轻后续磁选工作量，输送时进行了部分磁选工作)。
通过链板输送机构18将矿石斜向上输送至颚式破碎机19，输送过程中冲洗，低重量的泥被冲洗掉，矿石则继续输送，链板输送机构18上的链板20上设置孔径小于矿石平均尺寸的通孔21；
烘干设备22高度上高于轮式洗砂机16，使得轮式洗砂机16洗砂后的砂在向上输送时一部分砂表面的水分被去除，减少烘干设备22的能耗。
两块导料出料板1的两侧固定连接有侧封板14以形成导料出料腔23；倾斜滤网13的最低端距离最近的侧封板14设有一定距离以此作为新排矿口10；倾斜滤网13设有两片且两片倾斜滤网13的最高处固定相连，两片滤网的连接处位于两块导料出料板1宽度(导料出料板1宽度方向指导料出料板1其平行于偏心轴6或带轮轴的旋转轴线的方向)的中间位置，两块导料出料板1最下端的左右侧端面(也即侧封板14)分别固定连接有一个呈矩形壳体状的拓宽腔24，拓宽腔24的开口朝下(指竖直方向上朝向地面)，拓宽腔24与导料出料腔23相连通(拓宽腔24{包括其开口朝下的设置}以用于拓宽新排矿口10，避免新排矿口10由于尺寸比原排矿口小而影响颚式破碎机19的物料排出速度、降低粗碎的效率)拓宽腔24的顶板高度上与新排矿口10同等高度(也即拓宽腔24的顶板与倾斜滤网13的最低端的高度一致)，由于拓宽腔24与导料出料腔23相连通，所以侧封板14高度上略小于导料出料板1的高度(高度相差正好是拓宽腔24的高度){虽然说拓宽腔24是矩形壳体状，但由于拓宽腔24与导料出料腔23相连通，所以拓宽腔24有一侧是未设置侧板的，以便于与导料出料腔23相连通}。
实施例二：
与实施例一的不同在于，如图14至图16所示，倾斜导料出料板1上的出砂口2设有一个，磁选部件为出砂口2的下端两侧竖直设置的永磁性磁性板12，永磁性磁性板12位于倾斜导料出料板1的下方，永磁性磁性板12固定连接在杠杆机构的杠杆25的一端上，杠杆25的另一端的上固定连接有用于保持杠杆平衡的配重块26，杠杆机构的远离永磁性磁性板12的一侧设有底座27，与底座27铰接有连接板28，连接板28的顶端固定连接有用于将永磁性磁性板12表面吸附的磁性物料刮下的刮环29，这样在较细物料通过出砂口2落下时，出砂口2下方的竖直设置的永磁性磁性板12吸附细物料中的磁性物料，吸附到一定量后杠杆机构的平衡被破坏，刮环29一方面沿着永磁性磁性板12的底部向上移动，实现将永磁性磁性板12中下段表面上吸附(或从永磁性磁性板12中上段表面吸附后滚落至中下段表面)的磁性物料刮下(当然，刮环采用非铁磁性物质制成)，当永磁性磁性板12表面的磁性物料减少后杠杆机构又逐渐回复原来的平衡状态，实现当永磁性磁性板12表面吸附较多磁性物料时自动去除，去除完后永磁性磁性板12继续进行其吸附磁性物料的工作；通过简单的设置实现自动去除永磁性磁性板12表面的磁性物料的作用，且能耗很低，无需驱动机构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：将石英矿依次经过粗碎、细碎、制砂、洗砂、烘干及磁选后制得；在粗碎和/或细碎工序所涉及的破碎设备的出料口处设置倾斜的导料出料板，导料出料板上设置用于将经粗碎和/或细碎后的达到砂粒度的细物料先收集起来的出砂口。
2.根据权利要求1所述的一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，其特征在于，在所述制砂工序及洗砂工序之间设有将制砂后的物料输送到洗砂工序的输送工序，在输送工序中设有磁选工序。
3.根据权利要求2所述的一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，其特征在于，石英矿经粗碎后加工成粗砂粒度的矿粒，矿粒粒径大于4mm；经细碎后加工成细砂粒度的矿粒，矿粒粒径2～4mm；制砂制得的石英砂粒度为4～70或70～120目；洗砂工序用水量为30～40t/h，时产量15-300吨砂清洗作业；烘干时的温度为200～450℃，烘干时间为6～12h。
4.根据权利要求3所述的一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，其特征在于，所述出砂口处固定设置滤网，滤网目数与所需石英砂的粒度相适配。
5.根据权利要求1或4所述的一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，其特征在于，所述粗碎工序使用的是颚式破碎机对石英矿进行粗碎作业，所述细碎工序使用的是圆锥破碎机对粗碎后的矿粒进行细碎作业，所述制砂工序使用的是冲击式制砂机对细碎后的物料进行制砂作业，所述洗砂工序使用的是轮式洗砂机，所述烘干工序使用的是石英砂烘干滚筒***，所述磁选工序使用的是磁选机。
6.根据权利要求5所述的一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，其特征在于，所述颚式破碎机包括设置在基础上的机体，设在机体一侧的减速电机，减速电机的输出轴与带轮传动机构相连，带轮传动机构的一个带轮的带轮轮轴上固定设置偏心轴，偏心轴与动鄂板相连，机体一内侧壁上固定设置与动鄂板匹配的静鄂板；
动鄂板及静鄂板下端分别固定连接有与动鄂板、静鄂板倾斜设置的导料出料板，两块导料出料板平行设置，导料出料板上设置若干个出砂口，出砂口高度均位于两块导料出料板最下端形成的口的上方。
7.根据权利要求6所述的一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，其特征在于，所述倾斜导料出料板上的出砂口的下端两侧固定连接有竖直设置的磁选板，磁选板上设置磁选部件。
8.根据权利要求7所述的一种光伏坩埚用高纯石英砂生产工艺，其特征在于，两块导料出料板最下端的口处固定设置倾斜滤网，倾斜滤网相对水平面倾斜设置，倾斜滤网的倾斜方向为相对偏心轴的旋转轴线长度方向由左至右越来越高或越来越低，倾斜滤网的最低端作为新排矿口，滤网下方设置出砂收集斗。
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