CN103599835A - 一种硅块破碎方法 - Google Patents

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本发明涉及一种破碎方法，尤其是涉及一种硅块破碎方法，该方法为将用锯床切开的条形硅锭放入料篮中，再将盛放硅块料的料篮放进高温电阻炉，加热到高温保温一定时间，从炉内取出料篮全部放入到盛冷纯水的水槽中，待硅料温度降到水温，吊出料篮，取出硅块，用硬质合金锤轻敲就可以实现硅料破碎颗粒直径小于30mm以下；本发明能够提高破碎效率、无二次污染、设备成本低及使用寿命长。

Description

一种硅块破碎方法
技术领域
本发明涉及一种破碎方法，尤其是涉及一种硅块破碎方法。
背景技术
在太阳能光伏产业中，定向凝固是制备太阳能级多晶硅的主要方法，即在凝固过程中利用元素的分凝效应，实现多晶硅的提纯。但是，定向凝固后的硅铸锭组织致密，硬度很高，很难破碎。国内外厂家大部分采用锤锻破碎、鄂式破碎等机械破碎大块硅料的方法，并人工用硬质合金锤进一步破碎。采用这种方法进行破碎硅料的方法，有以下缺点：1）用锤锻破碎、鄂式破碎和硬质合金锤破碎，料损失较大，很容易二次引入Fe等金属杂质，降低硅料的纯度；2）因为硅料硬度很高，破碎难度大，劳动强度高，产量低、效率极为低下；3）破碎工具使用寿命短，造成生产维护及成本上升。
为了降低二次污染硅料、提高破碎效率、降低生产及维护成本等，国内外厂家近年来都在进行硅料破碎的改进。洛阳理工学院的李妙玲等在申请号为201210107864.4中提出了一种自平衡冲击多晶硅破碎装置，主要由机架、气动冲击机构和缓冲机构组成，采用压缩空气作为破碎动力，不会对硅原料产生污染，具有成本低、使用寿命长，生产效率高的优点。洛阳佑东光电设备有限公司的赵春燕等在申请号为201110203082.6中提出了一种多晶硅破碎装置，利用设置在导轨上的拉伸弹簧灵活控制冲击气缸冲击头构成的硅棒击打结构设置，有效克服了手工破碎成本高、效率底、不安全等缺陷，有效地提高了生产效率，实现了机械化破碎的目的。英利集团有限公司在申请号为201320016726.5提出了一种包括钼锤和盛放原硅料的箱体粉碎装置，箱体具有可拆卸的密封盖，且所述箱体上设置有可允许操作人员使用所述钼锤对原硅料进行粉碎的操作孔。减少甚至避免了原硅料飞溅出箱体，降低甚至避免了原硅料的浪费以及对操作人员身体造成损害的几率。三菱综合材料株式会社的佐藤繁等在申请号为201210089066.3中提出了多晶硅破碎物的制造方法。在围绕平行的轴线相互逆转的一对辊之间夹入块状多晶硅来进行破碎，通过设定破碎比实现对硅块料碎料尺寸的控制。江苏中能硅业科技发展有限公司的刘文等在申请号为200820182364.6中提出了一种多晶硅破碎台，在破碎台面上铺放多晶硅碎料，用气锤锻碎上面的硅锭。以上的各专利全部是采用机械破碎的方法，没有对硅料进行前期处理，这样破碎不可避免的在破碎时引入Fe等金属杂质，污染硅料，同时由于硅料硬度高，设备破碎机构使用寿命短，维护成本增高。
到目前为止，还没有一种克服上述缺陷的方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能够提高破碎效率、无二次污染、设备成本低及使用寿命长的一种硅块破碎方法。
本发明通过如下方式实现：
一种硅块破碎方法，其特征在于：该方法为将用锯床切开的条形硅锭放入料篮中，再将盛放硅块料的料篮放进高温电阻炉，加热到高温保温一定时间，从炉内取出料篮全部放入到盛冷纯水的水槽中，待硅料温度降到水温，吊出料篮，取出硅块，用硬质合金锤轻敲就可以实现硅料破碎颗粒直径小于30mm以下；
所述硅块料加热温度为600~700℃，高温保温时间为2~4小时；
所述硅块料放入冷水槽中，以80mm/s-130mm/s浸入水面，完全浸入水中后以40mm/s-80mm/s 速度下降；
所述水槽中的水温为0~30℃；
所述水槽中的水量，水位高度大于料高的2~4倍；
所述水槽中的水为纯水，B含量不超过50ppb，磷含量不超过50ppb，其他金属总含量小于10ppm；
所述料篮为敞口用耐热不锈钢钢筋焊制的长方体形，底面钢筋平行焊制较密，四个侧面钢筋为垂直底面平行焊制，在料篮的四角焊接把手；
所述不锈钢水槽为上面全敞口是由不锈钢板焊制，水槽的两个侧壁上沿设有进水口，连接进水管道，水槽底设有两个出水口，连接出水管道，整个水槽中的冷却水用水泵驱动循环；
在所述水槽底部放置一个不锈钢筛网。
本发明有如下效果：
1）方法独特：本发明提供的方法为用锯床将定向凝固铸造硅锭切成的长条状，用纯水冲洗掉表面的碎屑。将长条状硅锭放入特殊的料篮中，再放进高温电阻炉，加热到高温保温一定时间，从炉内取出料篮全部放入到盛冷纯水的不锈钢水槽中，待硅块料温度降到水温，吊出料篮，取出硅块，用特制的硬质合金锤轻敲就可以实现硅块料破碎颗粒直径小于30mm以下。
2）无二次污染：本发明针对定向凝固铸锭后硅锭块料组织致密、硬度高、难以破碎的难题，克服国内外现有技术破碎硅料容易二次污染、效率低、设备寿命短、生产硅料损失较大等缺点，利用硅固体料热胀冷缩及导热性较差的性质，综合考虑冷爆破碎效果和节能的因素，设计并加工出一种破碎硅块料的特殊装置及破碎方法。硅块料用本发明装置上冷爆后，内部沿晶界碎裂，再人工用特制的硬质合金锤很容易碎为30mm以下的碎块。
3）设备成本低：用本发明提供的装置料篮为敞口用耐热不锈钢钢筋焊制的长方体形，底面钢筋平行焊制较密，四个侧面钢筋为垂直底面平行焊制，在料篮的四角焊接把手；所述不锈钢水槽为上面全敞口是由不锈钢板焊制，水槽的两个侧壁上沿设有进水口，连接进水管道，水槽底设有两个出水口，连接出水管道，整个水槽中的冷却水用水泵驱动循环；可以实现硅块内部沿着晶界产生大量裂纹，整体变得疏松，采用特制硬质合金锤轻敲就可以直接敲碎成30mm一下的碎块，降低了破碎强度，提高了效率，防止了破碎时的二次污染及生产损失较大等问题。设备制作方便，投入低。操作方便，适合大规模生产使用。
附图说明
图1 本发明不锈钢水槽的结构示意图；
图2 本发明料篮的结构示意图。
具体实施方式
一种硅块破碎方法，其特征在于：该方法为将用锯床切开的条形硅锭9放入料篮8中，再将盛放硅块料的料篮8放进高温电阻炉，加热到高温保温一定时间，从炉内取出料篮全部放入到盛冷纯水7的水槽1中，待硅料温度降到水温，吊出料篮，取出硅块，用硬质合金锤轻敲就可以实现硅料破碎颗粒直径小于30mm以下；
所述硅块料加热温度为600~700℃，高温保温时间为2~4小时；
所述硅块料放入冷水槽中，以80mm/s~130mm/s浸入水面，完全浸入水中后以40mm/s~80mm/s速度下降。
所述水槽中的水温为0~30℃，水温越低越利于破碎硅料，同时水泵带动水槽中的水不断循环流动，不致水温升高；
所述水槽中的水量，水位高度大于料高的2~4倍；
所述水槽中的水为纯水，B含量不超过50ppb，磷含量不超过50ppb，其他金属总含量小于10ppm；
如图2所示：所述料篮8为敞口用耐热不锈钢钢筋焊制的长方体形，底面钢筋平行焊制较密，四个侧面钢筋为垂直底面平行焊制，防止硅料滑落，在料篮的四角焊接把手11，料篮敞口，方便装取料，料篮四角焊接把手11，方便吊钩吊起运料；如图1所示：所述不锈钢水槽1为上面全敞口是由不锈钢板焊制，水槽1的两个侧壁上沿设有进水口2，连接进水管道3，水槽底设有两个出水口5，连接出水管道，整个水槽中的冷却水用水泵4驱动循环；
在所述水槽底部放置一个不锈钢筛网6，用于承接爆裂的硅料碎块，防止硅料堵塞出水口。
本发明提供的方法同样可以适用于单晶硅棒的破碎。

Claims (9)

1. 一种硅块破碎方法，其特征在于：该方法为将用锯床切开的条形硅锭放入料篮中，再将盛放硅块料的料篮放进高温电阻炉，加热到高温保温一定时间，从炉内取出料篮全部放入到盛冷纯水的水槽中，待硅料温度降到水温，吊出料篮，取出硅块，用硬质合金锤轻敲就可以实现硅料破碎颗粒直径小于30mm以下。
2. 如权利要求1所述的一种硅块破碎方法，其特征在于：所述硅块料加热温度为600~700℃，高温保温时间为2~4小时。
3. 如权利要求1所述的一种硅块破碎方法，其特征在于：所述硅块料放入冷水槽中，以80mm/s-130mm/s浸入水面，完全浸入水中后以40mm/s-80mm/s 速度下降。
4. 如权利要求1所述的一种硅块料破碎方法，其特征在于：所述水槽中的水温为0~30℃。
5. 如权利要求1所述的一种硅块料破碎方法，其特征在于：所述水槽中的水量，水位高度大于料高的2~4倍。
6. 如权利要求1所述的一种硅块料破碎方法，其特征在于：所述水槽中的水为纯水，B含量不超过50ppb，磷含量不超过50ppb，其他金属总含量小于10ppm。
7. 如权利要求1所述的一种硅块料破碎方法，其特征在于：所述料篮为敞口用耐热不锈钢钢筋焊制的长方体形，底面钢筋平行焊制较密，四个侧面钢筋为垂直底面平行焊制，在料篮的四角焊接把手。
8. 如权利要求1所述的一种硅块料破碎方法，其特征在于：所述不锈钢水槽为上面全敞口是由不锈钢板焊制，水槽的两个侧壁上沿设有进水口，连接进水管道，水槽底设有两个出水口，连接出水管道，整个水槽中的冷却水用水泵驱动循环。
9. 如权利要求8所述的一种硅块料破碎方法，其特征在于：在所述水槽底部放置一个不锈钢筛网。
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