CN103523782B - 碳化硅气浮分离提纯装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实施碳化硅气浮分离提纯方法和装置，旨在解决现有技术中碳粉在碳化硅中分离效率低，分离质量不高的问题。本发明装置包括气浮分离池、搅拌机构、鼓气机构和清渣机构，对应具体步骤包括：预处理；搅拌；鼓气；清渣；本发明为布气管安装于所述搅拌轴的尾端，形成所述搅拌机构的搅拌桨/杆，且经由所述搅拌轴的空腔及布气管向气浮分离池内鼓出0.5~1毫米直径的气泡。本发明的优点在于：1.将鼓气机构与搅拌轴结合，使结构更为简单，方便操作；2.出高压气泡的管道在工作中不断旋转，增加了砂浆的流动，进而提升气浮分离的效率。

Description

碳化硅气浮分离提纯装置及方法

技术领域

本发明涉及晶硅片切割刃料碳化硅微粉生产中的提纯装置，具体来说涉及一种碳化硅气浮分离提纯装置及方法。

背景技术

碳化硅微粉是当前晶硅片切割行业的主要切割材料，应用于太阳能晶硅片切割领域。碳化硅在工业生产过程中，在2000~2500℃高温条件下，将石英砂和过量的焦碳在艾奇逊炉中通电加热一段时间后，石英砂中的二氧化硅和碳反应，生成碳化硅。碳化硅在高温合成时会烧结成块，碳化硅块料中同时包裹有一定量的合成反应过量的碳粉。碳化硅块料和游离碳粉经过碳化硅微粉破碎、筛分、粉磨等生产过程工序后，碳粉附着在碳化硅粉体表面，使两者完全混合在一起难以去除。

而作为切割刃料应用于太阳能晶硅片切割领域的碳化硅微粉对碳化硅的纯度有较高要求，因此必须将碳化硅微粉进行提纯处理。不同的碳化硅提纯方法对碳化硅生产影响较大，现有的提纯方法存在游离碳去除率低、设备投资大、生产工艺复杂等缺点，因此设计一种碳化硅微粉提纯装置，去除掉其中的游离碳粉等附着物杂质，提高碳化硅微粉提纯效率，使其满足晶硅片切割刃料的使用要求显得尤为重要。

中国专利文献公布号为202499714U的名为碳化硅微粉除碳装置中，公开了一种碳化硅微粉除碳的方案，该方案中，除碳装置包括气浮分离池，搅拌装置，气浮分离池内设有连接气源和/或液体源的微孔气管，微孔气管上设有若干个鼓气孔，工作时，在砂浆中形成气泡，利用游离碳有较强的吸附性附着在气泡上，浮于砂浆表面后，可手工分离。

该方法解决了从碳化硅中分难以分离出碳的问题，但是该方法本身分离的过程需要人工，此外该方法虽然能够分离出游离碳，但是分离速度尚待提高，就产生了分离效率低的问题。

此外，中国专利文献公布号为102424385A的名为碳化硅微粉中游离碳清除装置及方法，公开了一种碳化硅微粉除碳的方案，该方案中装置包括搅拌机构、刮板、鼓气机构及驱动机构，搅拌机构中空心转轴的空腔连通液体源，同搅拌桨上分布的布水口连通，鼓气机构包括布气管和送气管，搅拌容器上开有溢流槽口，与刮料板相对应。

此方法通过添加刮料板和搅拌机构带动的水道，相对当时的现有技术提升了游离碳的分离效率，但是该装置结构复杂，安装比较繁琐，同时，搅拌机构带动的水道会对气泡有导流的作用，使气泡在生至表面时，但是还未充分吸附游离碳，使游离碳的吸附效率还没有达到最高。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的各种不足，设计一种结构简单、能提升分离提纯效率的碳化硅气浮分离装置，同时还公开了一种利用上述分离装置对碳化硅浆液进行气浮分离提纯的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种实施碳化硅气浮分离提纯方法的装置，包括气浮分离池、搅拌机构、鼓气机构和清渣机构，所述清渣机构、搅拌机构和鼓气机构自上而下地设置于所述气浮分离池内，所述搅拌机构包括传动器、中空的搅拌轴，所述清渣机构包括设置于所述气浮分离池池口上沿部位的排渣槽和安装于所述搅拌轴上且对应于所述排渣槽的刮料板，所述鼓气机构包括气源和/或液体源和与气源和/或液体源连通的布气管，其中，布气管安装于所述搅拌轴的尾端，形成所述搅拌机构的搅拌桨/杆，且所述布气管与所述搅拌轴的空腔相连通。

本发明中的布气管由至少一个在平面或空间方向以搅拌轴底端为中心发散布置的微孔气管构成。微孔气管为圆柱型管，该微孔气管上布设有至少一个鼓气孔。

本发明中所述排渣槽的内壁和外壁上分别设置有与其高度对应的刮料口和排渣口，该排渣槽底部的高度不低于所述刮料板底部的高度，所述刮料板一端固定于搅拌轴上随搅拌轴旋转，其另一端垂直并紧贴于气浮分离池的内壁。

作为优选实施例，微孔气管表面分布的鼓气孔的孔径为0.5～1毫米。

作为优选实施例，刮料板和传动器之间的搅拌轴上设有气浮增压器，该气浮增压器自上而下为一端直径渐缩的圆管，其主进气口与搅拌轴的空腔的气源和/或液体源相连接，该主进气口的孔径大于所述气浮增压器出口的孔径，该气浮增压器内部设有与气浮增压器内腔对应的锥筒型气浮腔内衬，该气浮腔内衬的粗糙度等级Ra≤3.2。

作为优选实施例，本发明还包括设置在气浮分离池内设置的的进料口和出料口，其中所述出料口设置在气浮分离池底部，所述进料口设置在气浮分离池的侧壁底部或靠近底部的侧壁上，由阀门控制进料口和/或出料口的启闭。

作为优选实施例，本发明的传动器为带传动方式的传动器。

作为另一实施例，气浮增压器的上边沿还设置有辅进气口，所述辅进气口底端与所述气浮腔内衬平齐，所述提纯装置还包括入口与气浮分离池相连通的射流泵，射流泵的出口与搅拌轴的空腔相连。

作为又一实施例，搅拌轴上设置有套筒和与套筒配套的传动器，所述刮料板的一端固定在套筒上。

作为再一实施例，刮料板的表面为弧形。

本发明还包括一种碳化硅气浮分离提纯方法，具体步骤包括：

（1）预处理：调节待提纯的碳化硅浆液的固含量至0.5%-2%；

（2）搅拌：将上步所得碳化硅浆液引入碳化硅气浮分离提纯装置中,通过搅拌轴带动搅拌杆/浆在气浮分离池内对碳化硅浆液进行搅拌，其中搅拌轴转速5~20转/分；

（3）鼓气：经由所述搅拌轴的空腔及布气管向气浮分离池内鼓出0.5~1毫米直径的气泡，该气泡在上升过程中对碳化硅浆液内的游离碳进行吸附，并浮至碳化硅浆液上表层形成吸附有游离碳的泡沫层；

（4）清渣：通过刮料板对步骤（3）中所形成的附有游离碳的泡沫层进行刮除，从而去除游离碳。

本方法中步骤（3）中向所述搅拌轴的空腔中通入的用以在气浮分离池内形成气泡的介质为压力为0.1~0.3MPa的气体、或者是水气混合物。

本发明的有益效果在于：

1.将鼓气机构与搅拌轴结合，使结构更为简单，方便操作，同时采用机械式刮板对分离出的碳粉沫进行刮出，节省人工；

2.出高压气泡的管道在工作中不断旋转，增加了砂浆的流动，进而提升气浮分离的效率。

附图说明

图1是本发明实施例的总装示意图；

图2是本发明实施例总装拆去传动器的半剖示意图；

图3是本发明实施例中的气浮增压器的半剖效果的局部放大示意图；

图4是本发明另一实施例中的气浮增压器的半剖效果的局部放大示意图。

图中各部件名称：1.主进气口;2.传动器;3.气浮增压器;4.辅进气口；5.刮料板；6.微孔气管;7.进料口;8.排渣槽;9.出料口;10.气浮分离池;11.微气泡;12.鼓气孔;13.上联接固定孔;14.下联接固定孔;15.刮料口;16.排渣口;17.壳体;18.气浮腔内衬；19.搅拌轴。

具体实施方式

实施例1一种实施碳化硅气浮分离提纯方法的装置，参见图1、图2、图3，包括气浮分离池、搅拌机构、鼓气机构和清渣机构，所述清渣机构、搅拌机构和鼓气机构自上而下地设置于所述气浮分离池内，所述搅拌机构包括传动器、中空的搅拌轴，所述清渣机构包括设置于所述气浮分离池10池口上沿部位的排渣槽8和安装于所述搅拌轴19上且对应于所述排渣槽8的刮料板5，所述鼓气机构包括气源和/或液体源和与气源和/或液体源连通的布气管，其中，布气管安装于所述搅拌轴19的尾端，形成所述搅拌机构的搅拌桨/杆，且所述布气管与所述搅拌轴19的空腔相连通。

本发明中的布气管由至少一个在平面或空间方向以搅拌轴19底端为中心发散布置的微孔气管6构成。微孔气管6为圆柱型管，该微孔气管上布设有至少一个鼓气孔。鼓气孔12的孔径为0.5～1毫米。

本发明中所述排渣槽的内壁和外壁上分别设置有与其高度对应的刮料口15和排渣口16，该排渣槽8底部的高度不低于所述刮料板5底部的高度，所述刮料板5一端固定于搅拌轴19上随搅拌轴旋转，其另一端垂直并紧贴于气浮分离池10的内壁。

在刮料板5和传动器2之间的搅拌轴19上设有气浮增压器3，该气浮增压器3自上而下为一端直径渐缩的圆管，其主进气口1与搅拌轴19的空腔的气源和/或液体源相连接，该主进气口1的孔径大于所述气浮增压器3出口的孔径，以使气流或液流在流经过程中增压，该气浮增压器3内部设有与气浮增压器3内腔对应的锥筒型气浮腔内衬18，该气浮腔内衬18的粗糙度等级Ra≤3.2，这是因为该增压器内衬工作时受冲击较大，为易损件，单独设置一个气浮腔内衬18，可优先损坏气浮腔内衬18，同时单独更换，从整体上减少零件磨损。该气浮腔内衬18可以用来使气浮增压器3内部横截面变化速度大，为二次增压提供帮助。

本发明还包括设置在气浮分离池10内设置的的进料口9和出料口7，其中所述出料口7设置在气浮分离池10底部，所述进料口9设置在气浮分离池10的侧壁底部或靠近底部的侧壁上，由阀门控制进料口9和/或出料口7的启闭。

本发明中的传动器2为带传动方式的传动器。由于固定在一起，刮料板5的角速度与搅拌轴19的角速度相等。

工作时，待提纯的碳化硅浆液由进料口9进入气浮分离池10，由主进气口1通入的压缩空气经过气浮增压器3时，在渐缩型的气增压器3的腔体内经过二次增压，碳化硅料浆中气体溶解度增大，减少了动力源压缩空气的消耗，加速了碳化硅物料的分离过程，通过微孔气管6表面的微孔形成微气泡。微孔气管6构成布气管，传动机构带动池体底部对称分布的微孔气管6和刮料板5转动，微孔气管6底部表面大量的均匀分布的微孔，形成大量粒径均匀的微气泡11，使其与待提纯碳化硅浆液进行充分接触均匀混合，并且由于微孔气管6位于气浮分离池10中央，水流向四周分散，水力条件较好，微气泡11上浮稳定，对液体的扰动小，利于游离碳等细小颗粒和碳化硅微粉的分离，使得碳化硅微粉中的游离碳悬浮颗粒杂质黏附于气泡上，并随气泡一起不断上浮到池体表面，经刮料板5通过刮料口15刮除至排渣槽8，并最终从排渣口16排出。

图2中的13、14为连接口，连接气浮增压器3和搅拌轴19。

具体工作中，微孔气管6可以是曝气领域常用的曝气管。也可以是订做的管材。

具体工作中，排渣口16上可安装导流口，在排渣过程中有利于气浮分离池10的壳体17的清洁。

工作中，微孔气管6沿搅拌轴19底端呈空间或平面的发散布置，更方便气泡的打入。

气浮分离池10的底部可以做成锥斗型或任何存在高度差的面，以方便出料彻底。

由本实施例中的设备支持的一种碳化硅气浮分离提纯方法，具体步骤包括：

（1）预处理：调节待提纯的碳化硅浆液的固含量至0.5%-2%；

（2）搅拌：将上步所得碳化硅浆液引入碳化硅气浮分离提纯装置中,通过搅拌轴19带动搅拌杆/浆在气浮分离池10内对碳化硅浆液进行搅拌，其中搅拌轴19转速5~20转/分；

（3）鼓气：经由所述搅拌轴19的空腔及布气管向气浮分离池10内鼓出0.5~1毫米直径的气泡，该气泡在上升过程中对碳化硅浆液内的游离碳进行吸附，并浮至碳化硅浆液上表层形成吸附有游离碳的泡沫层；

（4）清渣：通过刮料板5对步骤（3）中所形成的附有游离碳的泡沫层进行刮除，从而去除游离碳。

本方法中步骤（3）中向所述搅拌轴19的空腔中通入的用以在气浮分离池10内形成气泡的介质为0.1~0.3MPa的气体、或者是水气混合物。

其中，气浮增压器3工作过程如下，在主进气口打入高压气体，这时纯粹靠流体力学原理使得气体优先通过增压器——气浮腔内衬18——布气管的管路这一线路。需要提到的是由于内部的流体是气体，压差相对较小，使得气体优先通过上述线路难度稍大。所以在该实施例中，要选用高压气体。

本装置具有结构简单的优点，将鼓气机构和搅拌机构有效结合，改善鼓气机构的出泡效果，并且通过气浮增压器3的渐缩的形状，使空气作为增压动力源，减少了动能消耗，加快了碳化硅微粉中游离碳杂质的气浮分离，提高了碳化硅微粉分离提纯的效率。

实施例2本实施例工作原理和方法同实施例1，见图4，区别在于，气浮增压器3的上边沿还设置有辅进气口4，所述辅进气口4底端与所述气浮腔内衬18平齐，所述提纯装置还包括入口与气浮分离池10相连通的射流泵，射流泵的出口与搅拌轴19的空腔相连。工作过程中射流泵同时向主进气口1进气增压。

实施例3本实施例工作原理和方法同实施例1，区别在于，搅拌轴19上固定有套筒和与套筒配套的传动装置，所述刮料板5的一端固定在套筒上。这样可以实现刮料板5与搅拌轴19的差速。在本实施例中，差速的多少可根据实际情况进行调节，更大的提高了刮料的效率和装置在不同工况下的适应性。

实施例4本实施例工作原理和方法同实施例1，区别在于，述刮料板5的表面为弧形。在工作过程中，更有利于要刮去物料向边缘的推进，提高出渣的效率。

本实施例提供了一种新的刮料板5的刮料方式，在节省零部件数目的同时，便于安装，节省工作空间的同时，做到了同时搅拌和出气，增加了液体的流动，提升了分离效率。

实施例5本实施例工作原理和方法同实施例2，区别在于，射流增压的过程如下：

工作时，气浮增压器3上设有射流泵，射流泵将气浮分离池10内液体吸入后，再从主进气口泵入气浮增压器3，外界空气从增压器辅助进气口4随同流体（液体）一起再进入气浮分离池，同样作为流体，液体比重大于空气，由于自重会优先向下流动。气浮增压器内部产生压差，辅助进气口将气体带入池体，这种情况引入分离池内的气体不是压缩空气，是从增压器“辅助进气口”进入的空气，该气体量远远小于直接靠压缩空气从主进气口直接进入分离池，实现将气体带入池体内以及达到一定的搅拌混合的目的，并最终实现气浮分离。并同时，对分离池内液体也进行循环。

改变上述实施例中的各个具体的结构尺寸参数及零部件的等同替代，可形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种碳化硅气浮分离提纯装置，包括气浮分离池、搅拌机构、鼓气机构和清渣机构，所述清渣机构、搅拌机构和鼓气机构自上而下地设置于所述气浮分离池内，所述搅拌机构包括传动器、中空的搅拌轴，所述清渣机构包括设置于所述气浮分离池池口上沿部位的排渣槽和安装于所述搅拌轴上且对应于所述排渣槽的刮料板，所述鼓气机构包括气源和/或液体源、与气源和/或液体源连通的布气管，其特征在于：所述布气管安装于所述搅拌轴（19）的尾端，形成所述搅拌机构的搅拌桨/杆，且所述布气管与所述搅拌轴（19）的空腔相连通，所述布气管由至少一个在平面或空间方向以搅拌轴（19）底端为中心发散布置的微孔气管（6）构成，在所述刮料板（5）和传动器（2）之间的搅拌轴（19）上设有气浮增压器（3），该气浮增压器（3）自上而下为一端直径渐缩的圆管，其主进气口（1）与搅拌轴（19）的空腔的气源和/或液体源相连接，该主进气口（1）的孔径大于所述气浮增压器（3）出口的孔径，该气浮增压器（3）内部设有与气浮增压器（3）内腔对应的锥筒型气浮腔内衬（18），该气浮腔内衬（18）的粗糙度等级Ra≤3.2。

2.如权利要求1所述的碳化硅气浮分离提纯装置，所述微孔气管（6）为圆柱型管，该微孔气管（6）上布设有至少一个鼓气孔（12）。

3.如权利要求2所述的碳化硅气浮分离提纯装置，其特征在于：所述刮料板（5）的表面为弧形。

4.如权利要求1所述的碳化硅气浮分离提纯装置，其特征在于：在所述气浮增压器（3）的上边沿还设置有辅进气口（4），所述辅进气口（4）底端与所述气浮腔内衬（18）平齐，所述提纯装置还包括入口与气浮分离池（10）相连通的射流泵，射流泵的出口与搅拌轴（19）的空腔相连。

5.如权利要求1所述的碳化硅气浮分离提纯装置，其特征在于：在所述气浮分离池（10）的底部或近底部设置有出料口（7），在所述气浮分离池（10）的侧壁下部或靠近底部的侧壁上设置有进料口（9），在所述进料口（9）和/或出料口（7）处设置有用于启闭的阀门。

6.如权利要求1所述的碳化硅气浮分离提纯装置，其特征在于：所述搅拌轴（19）上设置有套筒和与套筒配套的传动器，所述刮料板（5）的一端固定在套筒上。

7.一种碳化硅气浮分离提纯方法，具体步骤包括：

（1）预处理：调节待提纯的碳化硅浆液的固含量至0.5%-2%；

（2）搅拌：将上步所得碳化硅浆液引入如权利要求1所述的碳化硅气浮分离提纯装置中,通过搅拌轴（19）带动搅拌杆/浆在气浮分离池（10）内对碳化硅浆液进行搅拌，其中搅拌轴（19）转速5~20转/分；

（3）鼓气：经由所述搅拌轴（19）的空腔及布气管向气浮分离池内鼓出0.5~1毫米直径的气泡，该气泡在上升过程中对碳化硅浆液内的游离碳进行吸附，并浮至碳化硅浆液上表层形成吸附有游离碳的泡沫层；

（4）清渣：通过刮料板（5）对步骤（3）中所形成的附有游离碳的泡沫层进行刮除。

8.如权利要求7所述的碳化硅气浮分离提纯方法，其特征在于：所述步骤（3）中，向所述搅拌轴（19）的空腔中通入的用以在气浮分离池（10）内形成气泡的介质为气压0.1~0.3MPa的气体或水气混合物。