CN105008228A - 多晶硅碎片的包装 - Google Patents
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Abstract
本发明的主题是一种用于包装多晶硅碎片的方法，包括以下步骤：提供一定量的多晶硅碎片，从一定量的多晶硅碎片中取出多个部分量，并称重所述部分量，可选地根据尺寸类别分类多晶硅碎片的部分量，限定待包装在塑料袋中的硅碎片的目标重量，组合来自多晶硅碎片的多个部分量中的整体重量最接近目标重量的至少四部分量，将至少四部分量的多晶硅碎片填充至塑料袋中并闭合塑料袋。
Description
本发明涉及用于包装多晶硅块的方法。
例如，借助于西门子法由三氯硅烷沉积块状多晶硅，然后，理想地在不存在污染的情况下将其粉碎。EP 1 645 333 A1中描述了用于自动粉碎的方法和相应的装置。
对于半导体和太阳能工业中的应用而言，具有最低污染水平的块状多晶硅是令人希望的。因此，在将材料运送给消费者之前，还应当在低污染情况下包装材料。
通常，将用于电子工业的块状多晶硅包装在重量公差为+/-最大50g的5kg袋子中。对于太阳能工业，包含重量公差为+/-最大100g的10kg重量的袋子中的块状多晶硅是常见的。
原则上适用于包装块状硅的管袋机可商购。例如在DE 36 40 520 A1中描述了相应的包装机。
块状多晶硅是锋利的、不能自由流动的块体材料，其具有单个Si块高至2500g的重量。因此，在包装过程中，必须确保在填充过程中该材料不会穿透常见的塑料袋，或在最糟糕的情况下甚至完全损坏塑料袋。为了防止发生这种情况，出于包装多晶硅的目的，不得不适当地改良商业包装机。
关于商业包装机，由于通常使用的复合膜(因为化学添加物)可以导致块状多晶硅的污染增加，所以一般不可能满足对块状多晶硅的纯度要求。
US 20050034430 A1公开了用于划算地、完全自动地运送、称重、分配、填充和包装高纯度多晶硅碎片的装置，包括用于多晶硅碎片的传送机通道，连接至料斗的用于多晶硅碎片的称重设备，由硅制成的偏转板，由高纯度塑料膜形成塑料袋的填充设备(包括防止起静电以及因此防止颗粒对塑料膜的污染的脱离子器)，用于填充有多晶硅碎片的塑料袋的焊接设备，安装在传送机通道、称重设备、填充设备以及焊接设备上并防止多晶硅碎片被颗粒污染的流料箱(flowbox)，用于填充有多晶硅碎片的焊接塑料袋的具有磁感应检测器的传送带，与多晶硅碎片接触的所有组件被硅封装或被高度耐磨损的塑料覆盖。
例如，用于分配块状多晶硅的装置是时控传送机通道或存储容器中的填充高度确定器或用于块状多晶硅的称重设备。相应的称重设备由例如US 4813205 A已知。
根据US 20050034430 A1的装置应该能够在无人类接触的情况下进行低污染包装。通过用硅或用高度耐磨损的塑料封装组件应该特别地实现了低污染包装。
然而，已经发现在根据US 20050034430 A1的程序中确切分配块状硅是有问题的。借助于该装置准确称重公差为+/-100g的10kg块状多晶硅是不可能的。
此外，由于硅或塑料封装与硅接触的所有部件，发现整体布置具有低机械稳定性。硅和塑料涂层上相对高的磨损使包装机的维修非常密集。
US 20100154357 A1公开了用于包装粉碎的多晶硅材料或多晶硅颗粒的设备，该设备包括旋转填充机和闭合机，或具有非圆形布置的具有填充站和闭合站的设备，其中，PE袋悬浮在抓斗系统(gripper system)上并以循环序列从站移动至站，其特征在于填充站包括非金属低污染材料的自由悬浮的能量吸收器，在用多晶硅填充PE袋之前将所述非金属低污染材料的自由悬浮的能量吸收器引入至PE袋，并且在用多晶硅填充PE袋之后将其从PE袋中除去，以及通过抓斗系统进一步将填充的PE袋运送至闭合站并在此将其闭合。
US 20100154357 A1还描述了用于包装多晶硅的方法，其中，借助于填充设备将多晶硅填充至自由悬浮的、完全形成的袋子中，并且随后闭合填充的袋子，其特征在于该袋子由10μm至1000μm壁厚的高纯度塑料组成。优选地，将填充有多晶硅的闭合塑料袋引入具有10μm至1000μm壁厚的另外的PE塑料袋中，并且闭合该第二塑料袋。
根据US 20100154357 A1，在包装之前，首先分配并称重多晶硅。借助于由现有技术已知的手动或自动方法完成块状多晶硅的这种分配和称重。关于自动分配，提及了由US 20050034430 A1已知的装置，但是其具有以上描述的缺点。
根据US 20100154357 A1，用热密封设备完成PE袋的焊接，其中，用非金属材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)封装金属焊丝。
US 20120198793 A1公开了用于配量和包装多晶硅块的方法，其中，通过进料通道运送多晶硅块的产物流，借助于至少一个筛子分离成粗糙和精细的块，借助于配量天平称重并配量至目标重量，通过排出通道排出并运送至包装单元，在此，用多晶硅块填充第一塑料袋并密封，其中，借助于由成型机形成并随后被焊接的另外的塑料袋包装包含多晶硅块的该塑料袋，其中，至少一个筛子和配量天平在它们的表面上至少部分地包括硬金属且用于形成塑料袋的成型机包括耐磨损涂层。
现有技术往往面临手动的重量校正或甚至手动包装多晶硅，以能够符合要求的重量公差。
此外，存在的问题在于：在传送机通道、筛子、计量系统和排出通道中运送和称重多晶硅块产生粉末(fines)。必须再次筛除并分类这些粉末。在包括将产物流分离成粗糙和精细部分的筛子的系统中，由于必要的下降高度，粉末的形成是特别明显的。
现有技术还公开了多头秤。多头秤或组合秤特别用在用于填充提供的容器(例如，袋子、箱子、杯子、罐子或坛子)的食品和饮料工业中。
在圆形多头秤的情况中，在称重系统上(例如，分配器板上)中心提供产物。在其上以径向向外方向将产物传送至布置为圆形的存储容器(称为初步的盘)，然后将其传送至以下的称重容器(称为秤盘)。从几个部分，电脑决定最接近于目标重量的组合并同时触发排空。然后立即再次填充排空的存储和称重容器。
例如US 6127635 A中描述了命名为组合的称重设备的这种多头秤，其包括对应于相关的称重料斗(每个具有可闭合的出口)的多个测压元件、用于将称重的产物供应至布置在其下的包装的出口侧运送设备、以及具有连接至测压元件的输出口侧的输入口和连接至各个驱动用于操作称重料斗的可闭合出口的输出口的控制器，控制器控制称重料斗的出口使得选择几个称重料斗的各个亚组合以形成供应至包装的总量，特征在于该控制器可转换至第二操作模式，其中，它驱动称重料斗的出口使得独立于其他称重料斗选择每个称重料斗。
由于必要的下降高度也将导致此处粉末的形成，所以这种多头秤不适用于计量以及随后将多晶硅块包装在塑料袋中。此外，通过这种计量和称重以及筛除粉末的必要性将污染多晶硅。
该问题产生了本发明的目的。
该问题由用于包装多晶硅块的方法解决，所述方法包括提供一定量的多晶硅块，从一定量的多晶硅块中取出多个部分并称重所述部分，可选地通过尺寸类别分类多晶硅块的部分，限定待包装在塑料袋中的硅块的目标重量，组合来自多晶硅块的多个部分中的具有最接近于目标重量的总重量的至少4个部分，将至少4个部分的多晶硅块引入至塑料袋并焊接塑料袋。
优选借助于在传送机通道上移动的多晶硅块提供一定量的多晶硅块。起始材料流中的多晶硅块的尺寸分布取决于包括前述的粉碎过程的因素。划分成粗糙和精细块的方法以及粗糙和精细块的尺寸取决于期望的待计量和包装的最终产物。
多晶硅块的部分可以是多个多晶硅块，但也可以是单个块。单个块优选是具有500g最小重量的块。
可以手动或以自动形式进行取出部分、称重部分以及组合部分用于计量至目标重量的整体方法。
已经发现该方法对产物是特别温和的。至少4个称重部分的组合可以实现特别准确的计量结果。
因此，面临的是将称重并可选地分类部分或单个块。在分类事件中，更特别地，将部分指定为特定的尺寸类别。
将尺寸类别定义为硅块表面上的两点之间的最长距离(＝最大长度)：
块尺寸0[mm]1至5
块尺寸1[mm]4至15
块尺寸2[mm]10至40
与上述的尺寸类别一样，将多晶硅分类并排序至以下块尺寸同样是常见的：
块尺寸3[mm]20至60
块尺寸4[mm]45至120
块尺寸5[mm]90至200
在这些情况中，块部分中的每个的按重量计至少90％在提及的尺寸范围内。
可以通过铲子、抓斗、容器或手动从一定量的多晶硅块中取出多个部分。
当手动取出它们时，优选的是使用合适的低污染手套，例如，与内部手套组合的外部手套，在该情况中，外部手套的手掌区域由LDPE组成以及外部手套的背侧区域由(DuPont)组成，两个区域彼此焊接，且内部手套由用聚氨酯涂覆的(Royal DSM N.V.)组成。
来自DuPont的是与纸张类似的纤维状功能的纺织品并由高密度聚乙烯(HDPE)的热焊接纤维组成。
来自Royal DSM N.V.的是具有3至4GPa(3000至4000N/mm2)的拉伸强度的高强度聚乙烯纤维(PE)。
同样可以的是使用多层手套，在该情况中，手套外层由手掌区域和背侧区域组成，手掌区域由LDPE组成，背侧区域由组成，两个区域彼此焊接，并且手套内层中的至少一个由用聚氨酯涂覆的组成。
可以容量法称重部分。尤其在小块尺寸的情况中，多晶硅的体密度已知，因此利用体积也已知或可以确定所述部分的重量。当使用限定填充体积的容器、铲子等时，所述部分的体积已知。这还适用于手动取出所述部分。如果适当，也可以进行估算。
然而，所述方法也可以是自动的。可以用重量法，例如，借助于连续的称重系统，或借助于具有用于分配的上游计量通道的摄像系统光学地称重所述部分。优选通过调节系统完成材料划分，所述调节系统由容量或重量输入参数控制。利用该调节系统，可以持续进料产物传送流并将其划分为多个部分。
如果涉及优选的连续的传送流，那么通过称重或分类单元的结果控制传送流。
之后，优选地将所述部分引导至缓冲存储器，以在之后的阶段将其组合产生期望的包装量。这种缓冲存储器包括多个缓冲容器，每个包括一部分多晶硅块。
随后将由至少4个部分组合的该量的多晶硅块包装在至少一个塑料袋中。
优选的是包装至两个塑料袋，内部袋和外部袋，在该情况中，首先将至少4个部分的多晶硅块填充至第一塑料袋，然后将其闭合，以及随后将包含多晶硅块的第一塑料袋引入至第二塑料袋，并且同样闭合后者。
同样优选的是将至少4个部分的多晶硅块填充至插入第二塑料袋的第一塑料袋，并且随后闭合两个塑料袋。在该执行中，在引入多晶硅之前，已经将一个袋子插入至另一个中。
如果必要，在包装之前，通过湿化学方法清洁多晶硅块。
对于分配(dispensing)，US 20100154357 A1中描述的设备是合适的，其包括在用多晶硅填充之前被引入至内部塑料袋的自由悬浮的能量吸收器。通过能量吸收器将多晶硅填充至塑料袋中。随后从用多晶硅填充的塑料袋中除去自由悬浮的能量吸收器，并闭合塑料袋。
例如，可以借助于焊接、粘接或形状配合(form-fitting)闭合塑料袋。优选借助于焊接闭合。
袋子理想地由具有100-500μm厚度的塑料膜组成。
使用的塑料优选地是由PE-LD、PE-LLD或PE-HD组成的单膜。同样可以使用来自吹塑膜挤出或铸造工艺的多层膜。
在常规的计量情况中，在包装之前，必须再次筛除1％-3％总量的精细材料。
在根据本发明的方法中，总量的小于0.5％以精细材料的形式存在。因此，少得多的可能必须再次分类的精细材料出现。
在本发明的上下文中，块尺寸为3至5的多晶硅的精细材料包括可以借助于具有8mm筛孔大小(方筛孔)的网筛从至少4个部分的组合的总量的块中筛除的颗粒。重量法量化粉末部分。
在块尺寸2的情况中，精细材料包括具有小于8.3mm尺寸，优选具有小于9.5mm尺寸的多晶硅的颗粒。
在块尺寸1的情况中，精细材料包括具有小于3.5mm尺寸，优选具有小于3.9mm尺寸的多晶硅的颗粒。
在块尺寸0的情况中，精细材料包括具有小于1mm尺寸的多晶硅的颗粒。
借助于商业粒径测量仪器，例如来自Retsch的确定块尺寸0至2的粉末部分。用于粉末部分的量度是按重量计1％分位数(＝10000ppmw)。
当计量具有从500g的单重(piece weight)的较大块尺寸时，仅通过部分的组合可以得到10kg(+-100g)的目标重量。
在手动包装过程的情况中，在视觉上标记缓冲存储器的缓冲容器，以能够组合所述部分以产生目标重量。
通过组合部分，尤其由于省去了进一步的工作(例如由于公差外重量不足/超重)，还可以建立更经济可行的过程。过程分散比常规的净余量或毛重余量小得多。
Claims (11)
1.一种用于包装多晶硅块的方法，包括提供一定量的多晶硅块，从所述一定量的多晶硅块中取出多个部分并且称重所述部分，可选地通过尺寸类别对多晶硅块的所述部分进行分类，限定待包装在塑料袋中的所述硅块的目标重量，将来自多晶硅块的所述多个部分中的具有最接近所述目标重量的总重量的至少4个部分组合，将所述至少4个部分的多晶硅块引入至塑料袋中并且闭合所述塑料袋。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多晶硅块的所述部分是多个多晶硅块或单个多晶硅块。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，借助于抓斗、铲子、容器或手动取出所述部分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，用重量法或借助于具有用于分配的上游计量通道的摄像系统光学地称重所述部分。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，当已知所述多晶硅块的体密度时，用容量法称重所述部分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，从多晶硅块的连续传送流中取出所述部分，并且通过来自称重或分类单元的结果控制所述传送流。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，将取出并称重的所述部分引导至缓冲存储器中，以随后可组合产生希望的目标重量。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，首先将所述至少4个部分的多晶硅块填充至第一塑料袋中，然后闭合所述第一塑料袋，并且随后将包含多晶硅块的所述第一塑料袋引入至第二塑料袋中，并且同样闭合后者。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将所述至少4个部分的多晶硅块填充至第一塑料袋中，将所述第一塑料袋插入至第二塑料袋中，并且随后闭合这两个塑料袋。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，通过焊接、粘接或形状配合来闭合所述塑料袋。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，基于所述至少4个部分的总重量，小于0.5％的精细材料形成，所述精细材料包含可以借助于具有8mm的筛孔大小(方筛孔)的网筛从由至少4个部分组合的尺寸为20至200mm的总量的块中筛除的颗粒。
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