DE102013218003A1

DE102013218003A1 - Klassieren von Polysilicium

Info

Publication number: DE102013218003A1
Application number: DE102013218003.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schneider; Rainer Hauswirth; Peter Grübl; Rainer Pech
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-03-12
Also published as: WO2015032584A1; US20180169704A1; US20160214141A1; EP3043929A1; KR101789607B1; US10589318B2; NO2960429T3; TWI577459B; CA2923110C; EP3043929B1; CN105612011B; KR20160047580A; CA2923110A1; JP6290423B2; JP2016534873A; MY188174A; TW201509548A; CN105612011A

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum mechanischen Klassieren von polykristallinem Siliciumbruch oder -granulat mit einer Schwingsiebmaschine, wobei Siliciumbruch oder -granulat sich auf einem oder mehreren Sieben jeweils umfassend einen Siebbelag befinden, die derart in Schwingungen versetzt werden, dass der Siliciumbruch oder das Siliciumgranulat eine Bewegung ausführen, wodurch der Siliciumbruch oder das Siliciumgranulat in verschiedene Größenklassen getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siebkennziffer größer oder gleich 0,6 und kleiner oder gleich 9,0 beträgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Klassieren von Polysilicium.
Polykristallines Silicium (kurz: Polysilicium) dient als Ausgangsmaterial zur Herstellung von einkristallinem Silicium für Halbleiter nach dem Czochralski(CZ)- oder Zonenschmelz(FZ)-Verfahren, sowie zur Herstellung von ein- oder multikristallinem Silicium nach verschiedenen Zieh- und Gieß-Verfahren zur Produktion von Solarzellen für die Photovoltaik.
Polykristallines Silicium wird in der Regel mittels des Siemens-Verfahrens hergestellt. Bei diesem Verfahren werden in einem glockenförmigem Reaktor („Siemens-Reaktor”) Trägerkörper, üblicherweise dünne Filamentstäbe aus Silicium, durch direkten Stromdurchgang erhitzt und ein Reaktionsgas enthaltend Wasserstoff und eine oder mehrere siliciumhaltige Komponenten eingeleitet. Üblicherweise wird als siliciumhaltige Komponente Trichlorsilan (SiHCl₃, TCS) oder eine Mischung von Trichlorsilan mit Dichlorsilan (SiH₂Cl₂, DCS) und/oder mit Tetrachlorsilan (SiCl₄, STC) eingesetzt. Seltener, aber auch im industriellen Maßstab wird Silan (SiH₄) verwendet. Die Filamentstäbe stecken senkrecht in am Reaktorboden befindlichen Elektroden, über die der Anschluss an die Stromversorgung erfolgt. An den erhitzten Filamentstäben und der waagrechten Brücke scheidet sich hochreines Polysilicium ab, wodurch deren Durchmesser mit der Zeit wächst. Nach Abkühlung der Stäbe wird die Reaktorglocke geöffnet und die Stäbe werden per Hand oder mit Hilfe von speziellen Vorrichtungen, sogenannten Ausbauhilfen zur Weiterverarbeitung bzw. zur zwischenzeitlichen Lagerung entnommen. Für die meisten Anwendungen werden polykristalline Siliciumstäbe auf kleine Bruchstücke gebrochen, welche üblicherweise anschließend nach Größen klassiert werden.
Polykristallines Siliciumgranulat oder kurz Polysiliciumgranulat ist eine Alternative zum im Siemens-Verfahren hergestellten Polysilicium. Während das Polysilicium im Siemens-Verfahren als zylindrischer Siliciumstab anfällt, der vor seiner Weiterverarbeitung zeit- und kostenaufwändig zu Bruchstücken zerkleinert und ggf. wiederum gereinigt werden muss, besitzt Polysiliciumgranulat Schüttguteigenschaften und kann direkt als Rohmaterial z. B. zur Einkristallerzeugung für die Photovoltaik- und Elektronikindustrie eingesetzt werden. Polysiliciumgranulat wird in einem Wirbelschichtreaktor produziert. Dies geschieht durch Fluidisierung von Siliciumpartikeln mittels einer Gasströmung in einer Wirbelschicht, wobei diese über eine Heizvorrichtung auf hohe Temperaturen aufgeheizt wird. Durch Zugabe eines siliciumhaltigen Reaktionsgases erfolgt eine Pyrolysereaktion an der heißen Partikeloberfläche. Dabei scheidet sich elementares Silicium auf den Siliciumpartikeln ab und die einzelnen Partikel wachsen im Durchmesser an. Durch den regelmäßigen Abzug von angewachsenen Partikeln und Zugabe kleinerer Siliciumpartikel als Keimpartikel kann das Verfahren kontinuierlich mit allen damit verbundenen Vorteilen betrieben werden. Als siliciumhaltiges Eduktgas können Silicium-Halogenverbindungen (z. B. Chlorsilane oder Bromsilane), Monosilan (SiH₄), sowie Mischungen dieser Gase mit Wasserstoff zum Einsatz kommen.
Das polykristalline Siliciumgranulat wird nach dessen Herstellung mittels einer Siebanlage in zwei oder mehr Fraktionen geteilt.
Die kleinste Siebfraktion (Siebunterkorn) kann anschließend in einer Mahlanlage zu Keimpartikeln verarbeitet und dem Reaktor zugegeben werden. Die Siebzielfraktion wird üblicherweise verpackt.
US 2009081108 A1 offenbart eine Werkbank zum manuellen Sortieren von polykristallinem Silicium nach Größe und Qualität. Dabei ist ein Ionisationssystem implementiert, um durch aktive Luftionisation elektrostatische Ladungen zu neutralisieren. Ionisatoren durchsetzen die Reinraumluft derart mit Ionen, dass statische Ladungen an Isolatoren und ungeerdeten Leitern abgebaut werden.
Üblicherweise werden Siebmaschinen eingesetzt, um polykristallines Silicium nach der Zerkleinerung in unterschiedliche Größenklassen zu sortieren bzw. zu klassieren Eine Siebmaschine ist allgemein eine Maschine zum Sieben, also der Trennung (Separation) von Feststoffgemischen nach Korngrößen.
Nach Bewegungscharakteristik wird zwischen Planschwingsiebmaschinen und Wurfsiebmaschinen unterschieden.
Der Antrieb der Siebmaschinen erfolgt meist elektromagnetisch bzw. durch Unwuchtmotoren oder -getriebe.
Die Bewegung des Siebbelags dient dem Weitertransport des Aufgabeguts in Sieblängsrichtung und dem Durchtritt der Feinfraktion durch die Maschenöffnungen.
Im Gegensatz zu Planschwingsiebmaschinen tritt bei Wurfsiebmaschinen neben der horizontalen auch eine vertikale Siebbeschleunigung auf.
Bei den Wurfsiebmaschinen überlagern sich vertikale Wurfbewegungen mit leichten Drehbewegungen. Dies führt dazu, dass sich das Probengut über die gesamte Fläche des Siebbodens verteilt und die Partikel gleichzeitig eine Beschleunigung in vertikale Richtung erfahren (hochgeworfen werden). In der Luft können sie freie Drehungen durchführen und werden beim Zurückfallen auf das Sieb mit den Maschen des Siebgewebes verglichen. Sind die Partikel kleiner als diese, so passieren sie das Sieb, sind sie größer, werden sie erneut hochgeworfen. Die Drehbewegung stellt dabei sicher, dass sie beim nächsten Auftreffen auf dem Siebgewebe eine andere Orientierung haben und so vielleicht doch durch eine Maschenöffnung gelangen.
Bei Plansiebmaschinen vollzieht der Siebturm eine horizontal kreisende Bewegung in einer Ebene. Hierdurch behalten die Partikel auf dem Siebgewebe größtenteils ihre Orientierung bei. Plansiebmaschinen werden vorzugsweise für nadel-, plättchenförmige, längliche oder faserige Siebgüter eingesetzt, bei denen ein Hochwerfen des Probengutes nicht zwingend von Vorteil ist.
Eine spezielle Art ist die Mehrdecksiebmaschine, die gleichzeitig mehrere Korngrößen fraktionieren kann. Sie sind konzipiert für eine Vielzahl scharfer Trennungen im Mittelbis Feinstkornbereich.
Das Antriebsprinzip beruht bei Mehrdeck-Plansiebmaschinen auf zwei gegenläufig arbeitenden Unwuchtmotoren, die eine lineare Schwingung erzeugen. Das Siebgut bewegt sich geradlinig über die horizontale Trennfläche. Dabei arbeitet die Maschine mit geringer Schwingbeschleunigung.
Durch ein Baukastensystem können eine Vielzahl von Siebdecks zu einem Siebstapel zusammengestellt werden. Somit können im Bedarfsfall unterschiedliche Körnungen in einer einzigen Maschine hergestellt werden, ohne dass Siebbeläge gewechselt werden müssen. Durch mehrfache Wiederholung gleicher Siebdeckfolgen kann dem Siebgut viel Siebfläche angeboten werden.
US 8021483 B2 offenbart eine Vorrichtung zum Sortieren polykristalliner Siliciumstücke enthaltend eine Schwingungsmotoranordnung und einen Stufenbodenklassierer, befestigt an der Schwingungsmotoranordnung. Die Schwingungsmotoranordnung sorgt dafür, dass sich die Siliciumstücke über einen ersten Boden enthaltend Nuten bewegen. In einem Wirbelschichtbereich wird Staub durch einen Luftstrom durch eine perforierte Platte entfernt. In einem profilierten Bereich des ersten Bodens setzen sich die Siliciumstücke in Löchern von Nuten ab oder verbleiben auf Kämmen der Nuten.
Am Ende des ersten Bodens fallen Siliciumstücke, die kleiner als ein Spalt sind, durch diesen auf ein Transportband. Größere Siliciumstücke bewegen sich über den Spalt hinweg und fallen auf den zweiten Boden. Die Teile der Vorrichtung, die mit den polykristallinen Siliciumstücken in Kontakt kommen, bestehen aus Materialien, die eine Verunreinigung von Silicium minimieren. Als Beispiele sind genannt Wolframcarbid, PE, PP, PFA, PU, PVDF, PTFE, Silicium und Keramik.
US 2007235574 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Zerkleinern und Sortieren von polykristallinem Silicium, umfassend eine Aufgabeeinrichtung für einen Polysilicium-Grobbruch in eine Brecheranlage, die Brecheranlage, und eine Sortieranlage zum Klassieren des Polysilicium-Bruchs, wobei die Vorrichtung mit einer Steuerung versehen ist, die eine variable Einstellung mindestens eines Brechparameters in der Brecheranlage und/oder mindestens eines Sortierparameters in der Sortieranlage ermöglicht. Besonders bevorzugt besteht die Sortieranlage aus einer mehrstufigen mechanischen Siebanlage und einer mehrstufigen optoelektronischen Trennanlage. Bevorzugt werden Schwingsiebmaschinen, die über einen Unwuchtmotor angetrieben werden, eingesetzt. Als Siebbelag sind Maschen- und Lochsiebe bevorzugt.
Die Siebstufen können hintereinander oder auch in einer anderen Struktur, wie z. B. einer Baumstruktur, angeordnet sein. Bevorzugt sind die Siebe in drei Stufen in einer Baumstruktur angeordnet.
Der von Feinanteilen befreite Polysilicium-Bruch wird vorzugsweise mittels optoelektronischer Trennanlage sortiert. Die Sortierung des Polysilicium-Bruchs kann nach allen Kriterien, die Stand der Technik in der Bildbearbeitung sind, erfolgen. Sie erfolgt vorzugsweise nach ein bis drei der Kriterien ausgewählt aus der Gruppe Länge, Fläche, Form, Morphologie, Farbe und Gewicht der Polysilicium-Bruchstücke, besonders bevorzugt Länge und Fläche.
Dies ermöglicht die Herstellung folgender Fraktionen:
Fraktion 0: Bruchgrößen mit einer Verteilung von ca. 0 bis 3 mm
Fraktion 1: Bruchgrößen mit einer Verteilung von ca. 1 mm bis 10 mm
Fraktion 2: Bruchgrößen mit einer Verteilung von ca. 10 mm bis 40 mm
Fraktion 3: Bruchgrößen mit einer Verteilung von ca. 25 mm bis 65 mm
Fraktion 4: Bruchgrößen mit einer Verteilung von ca. 50 mm bis 110 mm
Fraktion 5: Bruchgrößen mit einer Verteilung von ca. > 90 mm bis 250 mm
Über die exakte Verteilung der Bruchgrößen innerhalb der Fraktionen macht US 2007235574 A1 keine Angaben.
US 5165548 A offenbart eine Vorrichtung zum größenmäßigen Separieren von für Halbleiteranwendungen geeigneten Siliciumstücken, mit einem zylindrischen Sieb, das mit einer Vorrichtung zum Drehen des zylindrischen Siebes verbunden ist, wobei die mit den Siliciumstücken in Berührung kommenden Oberflächen des Siebes im Wesentlichen aus für Halbleiteranwendungen geeignetem Silicium bestehen.
US 7959008 B2 beansprucht ein Verfahren zum Aussieben von ersten Partikeln aus einem erste und zweite Partikel umfassenden Granulat durch Fördern des Granulats entlang einer vorzugsweise von einer Vibrationseinrichtung ausgehenden ersten Siebfläche, wobei die ersten Partikel ein Aspektverhältnis a1 mit a1 > n:1 und n = 2, 3, > 3, insbesondere mit a1 > 3:1, und die zweiten Partikel eine Dimensionierung aufweisen, die ein Hindurchfallen durch die Maschen der ersten Siebfläche ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat entlang der Siebfläche zwischen dieser und einer sich entlang der Siebfläche erstreckenden Abdeckung gefördert wird und dass durch die Abdeckung bedingt die ersten Partikel mit ihren Längsachsen entlang der Siebfläche verlaufend ausgerichtet werden, wobei Längenerstreckung eines jeden ersten Partikels grösser als Maschenweite des die erste Siebfläche bildenden Siebs ist und Längenerstreckung der zweiten Partikel gleich oder kleiner als die Maschenweite ist.
EP 1454679 B1 beschreibt eine Siebvorrichtung mit einem ersten Schwingkörper, welcher mit ersten Querträgern versehen ist, und einem zweiten Schwingkörper, welcher mit zweiten Querträgern versehen ist, welche erste und zweite Querträger alternierend angeordnet sind und Einspannvorrichtungen aufweisen, so dass elastische Siebbeläge zwischen je einem ersten und je einem zweiten Querträger einspannbar sind, und einer Antriebseinheit, welche mit dem ersten Schwingkörper direkt gekoppelt ist und über welche der erste Schwingkörper zwangsgeführt ist, so dass die eingespannten elastischen Siebbeläge zwischen einer gestreckten und einer gestauchten Lage hin und her bewegt werden, wobei der zweite Schwingkörper gegenüber dem ersten Schwingkörper zwangsgeführt ist.
In US 6375011 B1 wird ein Verfahren zur Förderung von Siliciumbruch vorgeschlagen, bei dem die Siliciumbruchstücke über eine aus Reinstsilicium gefertigte Förderfläche eines Schwingförderers geführt werden. Dabei werden scharfkantige Siliciumbruchstücke verrundet, wenn sie auf der schwingenden Förderfläche eines Schwingförderers gefördert werden. Die spezifischen Oberflächen der Siliciumbruchstücke werden reduziert, oberflächlich anhaftende Kontaminationen werden abgeschliffen. Der durch eine erste Schwingfördereinheit verrundete Siliciumbruch kann über eine zweite Schwingfördereinheit geführt werden. Deren Förderfläche besteht aus parallel angeordneten Reinstsiliciumplatten, die über seitliche Befestigungsvorrichtungen fixiert sind. Die Reinstsiliciumplatten weisen Durchtrittsöffnungen, beispielsweise in Form von Durchbrüchen auf. Die Förderränder, die als seitliche Begrenzung der Förderflächen dienen, sind ebenfalls aus Reinstsiliciumplatten gefertigt und werden beispielsweise durch Niederhalter fixiert. Die aus Reinstsiliciumplatten gefertigten Förderflächen werden durch Stahlplatten und gegebenenfalls Dämpfungsmatten gestützt.
US 2012052297 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium, umfassend Brechen von an Dünnstäben in einem Siemensreaktor abgeschiedenem polykristallinem Silicium in Bruchstücke, Klassieren der Bruchstücke in Größenklassen von etwa 0,5 mm bis grösser als 45 mm, Behandlung der Siliciumbruchstücke mittels Druckluft oder Trockeneis, um Silicium staub ohne chemische Nassreinigung von den Bruchstücken zu entfernen. Das polykristallinen Silicium wird folgendermaßen klassiert: Bruchgröße 0 (BG0) in mm: ca. 0.5 bis 5; Bruchgröße 1 (BG1) in mm: ca. 3 bis 15; Bruchgröße 2 (BG2) in mm: ca. 10 bis 40; Bruchgröße 3 (BG3) in mm: ca. 20 bis 60; Bruchgröße 4 (BG4) in mm: ca. > 45; wobei jeweils mindestens 90 Gew.-% der Bruchfraktion innerhalb des genannten Größenbereiches liegen. Dies entspricht der Spezifikation der verschiedenen Bruchgrößen, in die das Silicium klassiert werden soll. Über das tatsächliche Ergebnis der Klassifizierung bzw. Sortierung des Siliciums und die Größenverteilungen innerhalb der einzelnen Größenklassen gibt die Anmeldung keine Auskunft.
US 2009120848 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die eine flexible Klassierung von gebrochenem polykristallinem Silicium ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mechanische Siebanlage und eine optoelektronische Sortieranlage umfasst, wobei der Polybruch durch die mechanische Siebanlage in einen Silicium-Feinanteil und einen Silicium-Restanteil getrennt wird und der Silicium-Restanteil über eine optoelektronische Sortieranlagen in weitere Fraktionen aufgetrennt wird. Die mechanische Siebanlage ist vorzugsweise eine Schwingsiebmaschine ist, die über einen Unwuchtmotor angetrieben wird.
Beim mechanischen Klassieren durch Sieben mittels Schwingsiebmaschinen gemäß Stand der Technik entsteht am Siebbelag Materialverschleiß, der in das Produkt eingetragen wird. Dadurch kommt es zu Verunreinigung des Polysiliciums mit im Siebbelag enthaltenen Bestandteilen.
Außerdem ist im Stand der Technik nachteilig, dass die Fraktionen, in die das Polysilicium klassiert wird, sich deutlich überlappen.
Im Stand der Technik wurde bereits bei den Spezifikationen ein gewisser Überlapp in Kauf genommen.
Bei US 2012052297 A1 beträgt der Überlapp zwischen Bruchgröße 2 und Bruchgröße 1 max. 5 mm, zwischen Bruchgröße 1 und Bruchgröße 0 max. 2 mm. Dies betrifft die Spezifikation, nach der klassiert werden soll. Die tatsächliche Verteilung der Bruchgrößen weicht in der Regel davon ab.
Gemäß US 2007235574 A1 beträgt der Überlapp zwischen einer Fraktion 1 und einer Fraktion 0 ebenfalls max. 2 mm.
Vor allem bei den Fraktionen mit kleineren Bruchstückgrößen von 30 mm oder weniger ist ein solcher Überlapp unerwünscht.
Aus dieser Problematik ergab sich die Aufgabenstellung der Erfindung.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum mechanischen Klassieren von polykristallinem Siliciumbruch oder -granulat mit einer Schwingsiebmaschine, wobei Siliciumbruch oder -granulat sich auf einem oder mehreren Sieben jeweils umfassend einen Siebbelag befinden, die derart in Schwingungen versetzt werden, dass der Siliciumbruch oder das Siliciumgranulat eine Bewegung ausführen, wodurch der Siliciumbruch oder das Siliciumgranulat in verschiedene Größenklassen getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siebkennziffer größer oder gleich 0,6 und kleiner oder gleich 9,0 beträgt.
Die Siebkennziffer ist dabei definiert als Verhältnis der durch die Siebbewegung erzeugten Beschleunigung zur Gravitationsbeschleunigung vertikal zur Siebebene: K_v = r·ω²·sin(α + β)/(g·cos(β)), wobei

r:: Schwingamplitude;
ω:: Winkelgeschwindigkeit;
α:: Wurfwinkel;
β: Siebneigungswinkel;
g:: Gravitationskonstante.

Sie gibt an, wie stark ein Gegenstand relativ zur Fallbeschleunigung g der Erde vertikal im Maximum beschleunigt.
Ist die Siebkennziffer < 1, so herrscht reine Gleitbewegung (ohne Wurfbewegung), da die resultierende Vertikalbeschleunigung kleiner als die Fallbeschleunigung ist.
Für eine Wurfbewegung muss die Siebkennziffer > 1 sein.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sowohl bei Verfahren mit einer Siebkennziffer von kleiner als 0,6 als auch bei Verfahren mit einer Siebkennziffer von größer als 9,0 deutlich schlechtere Siebergebnisse resultieren als im erfindungsgemäßen Bereich von 0,6–9,0.
Vorzugsweise beträgt die Siebkennziffer größer oder gleich 0,6 und kleiner oder gleich 5,0. Durch ein Klassieren bei einer Siebkennziffer bei 0,6 bis 5,0 konnte eine weitere Verbesserung der Siebergebnisse erreicht werden. Insbesondere ist die Trennschärfe besser als bei einer Siebkennziffer von größer als 5,0.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Bewegung von Siliciumbruch oder – granulat um eine Wurfbewegung, wobei die Siebkennziffer 1,6 bis 3,0 beträgt. Es hat sich gezeigt, dass dadurch nochmals verbesserte Siebergebnisse, insbesondere eine noch höhere Trennschärfe zwischen den verschiedenen Größenklassen erzielt werden.
Die Schwingamplitude beträgt vorzugsweise 0,5 bis 8 mm, besonders bevorzugt 1 bis 4 mm.
Die Drehzahl ω/2π liegt vorzugsweise bei 400 bis 2000 U/min, besonders bevorzugt bei 600 bis 1500 U/min.
Der Wurfwinkel beträgt vorzugsweise 30 bis 60°, besonders bevorzugt 40 bis 50°.
Der Siebneigungswinkel gegenüber der Waagerechten beträgt vorzugsweise 0 bis 15°, besonders bevorzugt 0 bis 10°.
Die Siebmaschine umfasst vorzugsweise einen Zuführbereich, in dem das Siebgut aufgegeben wird und einen Austragsbereich, in dem klassiertes Siebgut abgeführt wird.
Vorzugsweise nimmt die Größe der Sieb-Öffnungen in Richtung Austrag zu. Fraktionen/Bruchgrößen werden dabei vorzugsweise über hintereinander angeordnete Austräge getrennt.
Vorzugsweise umfasst die Siebmaschine untereinander angeordnete Siebdecks. Dies hat den Vorteil, dass große Bruchstücke nicht feinmaschige Siebbeläge beschädigen können. Vorzugsweise werden dabei Fraktionen/Bruchgrößen über untereinander angeordnete Austräge getrennt.
Vorzugsweise umfasst die Siebmaschine ein Rahmen-Sieb-System. Dies ermöglicht einen schnellen Siebwechsel. Auch die Überwachung etwaiger Kontaminationen wird erleichtert.
Ein solches Rahmen-Sieb-System sieht vor, dass Siebbeläge auf Rahmen geschraubt, geklebt, gesteckt oder vergossen werden, dass die Rahmen aus verschleißfestem Kunststoff (bevorzugt PP, PE, PU), ggf. mit Stahlarmierung, bestehen oder zumindest mit verschleißfestem Kunststoff ausgekleidet sind. Vorzugsweise sind die Rahmen durch vertikales Verspannen abgedichtet. Damit können Kontamination und Materialverlust vermieden werden.
Es ist bevorzugt, Siebbeläge aus besonders verschleißfesten Kunststoffen einzusetzen, nämlich Elastomere mit einer Härte von größer als 65 Shore A, besonders bevorzugt mit einer Härte von größer als 80 Shore A. Die Shore-Härte ist in den Normen DIN 53505 und DIN 7868 festgelegt. Dabei können ein oder mehrere Siebbeläge oder deren Oberflächen aus einem solchen Elastomer bestehen.
Sowohl ein oder mehrere Siebbeläge oder deren Oberflächen als auch alle produktberührenden Bauteile und Auskleidungen bestehen vorzugsweise aus Kunststoffen mit einer Gesamtverunreinigung (Metalle, Dotierstoffe) von kleiner als 2000 ppmw, bevorzugt kleiner als 500 ppmw und besonders bevorzugt kleiner als 100 ppmw.
Die maximale Verunreinigung der Kunststoffe mit den Elementen Al, Ca, P, Ti, Sn und Zn sollte dabei weniger als 100 ppmw, besonders bevorzugt weniger als 20 ppmw betragen.
Die maximale Verunreinigung der Kunststoffe mit den Elementen Cr, Fe, Mg, As, Co, Cu, Mo, Sb und W, sollte dabei weniger als 10 ppmw, besonders bevorzugt weniger als 0,2 ppmw betragen.
Die Bestimmung der Verunreinigungen erfolgt mittels ICP-MS (Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma).
Vorzugsweise umfassen die Siebbeläge aus Kunststoffen eine Armierung oder Füllung aus Metallen, Glasfaser, Kohlefaser, Keramik oder Composit-Werkstoffen zur Versteifung.
Vorzugsweise wird das Siebgut entstaubt. Durch die mechanische Siebung wird der Großteil des auf dem Schüttgut anhaftenden Feinstaubes auf den einzelnen Siebdecks mobilisiert. Dieser Effekt wird in der Erfindung genutzt, um das Schüttgut während des Siebprozesses zu entstauben.
Wichtig ist hierbei, dass durch eine entsprechende Gasführung der freigewordene Feinstaub in einen Abgasweg abtransportiert wird, damit er nicht wieder ins Produkt gelangen kann.
Die Gasführung kann entweder durch eine Absaugung oder durch eine Gasspülung erzeugt werden.
Als Sichtgas eignen sich gereinigte Luft, Stickstoff oder andere inerte Gase. In der Siebmaschine soll dabei eine Gasgeschwindigkeit von 0,05 bis 0,5 m/s, besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,3 m/s vorliegen.
Eine Gasgeschwindigkeit von 0,2 m/s kann beispielsweise mit einem Gasdurchsatz oder einer Absaugleistung von etwa 720 Nm³/h pro m² Siebfläche eingestellt werden.
Als Feinstaub werden Partikel, die kleiner als 10 μm sind, verstanden.
Neben der Entstaubung in der Siebmaschine wird optional eine Entstaubung mittels Gegenstrom-Windsichtung in den Abzugsleitungen der einzelnen Siebfraktionen durchgeführt.
Dabei wird im unteren Bereich der Abzugsleitungen das Sichtgas eingespeist und im oberen Bereich unmittelbar vor der Siebmaschine das staubbeladene Abgas abgeführt. Als Sichtgas kommen wieder die oben genannten Medien in Frage.
Der Vorteil dieser Entstaubungsmethode liegt darin, dass der Sichtstrom an die Partikelgröße der Siebfraktion angepasst werden kann. Bei einer groben Siebfraktion kann beispielsweise ein hoher Sichtstrom eingestellt werden, ohne dass feines Produkt mit ausgetragen wird. Dadurch erhält man ein sehr gutes Entstaubungsergebnis und den gewünschten niedrigen Feinstaubanteil im Produkt.
Vorzugweise wird die Drehzahl zeitweise erhöht bis auf 4000 U/min, um die Siebbeläge von Steckkorn zu befreien. Zu diesem Zweck kann alternativ auch die Schwingamplitude zeitweise auf bis zu 15 mm erhöht werden.
Ebenso ist es bevorzugt, Freischlagkugeln aus Kunststoff oder Reinstsilicium zu verwenden, um die Siebbeläge von Steckkorn zu befreien.
Vorzugsweise nimmt die Schwingamplitude zum Austrag hin ab. Besonders bevorzugt ist das Verhältnis der Schwingamplitude am Austrag bis zu 50% geringer als am Eintritt. Es hat sich gezeigt, dass dadurch sowohl Verschleiß als auch Produktkontamination weiter reduziert werden können.
Als Antriebsart für die Siebmaschine kommen Linear-, Kreis- oder Ellipsenschwinger in Frage. Der Antrieb sieht vorzugsweise eine vertikale Beschleunigungskomponente vor, um Siebverschleiß zu reduzieren und Steckkorn zu vermeiden.
Es ist bevorzugt, bestimmte Formen der Sieb-Öffnungen zu verwenden. Als vorteilhaft haben sich rechteckige Öffnungen erwiesen. Es zeigt sich geringerer Verschleiß infolge kleinerer Kontaktflächen. Steck-/Klemmkorn kann leichter vermieden werden.
Runde Öffnungen führen dagegen zu einer höheren Trennschärfe bzgl. der Partikelgröße.
Quadratische Öffnungen sind ebenfalls bevorzugt. Mit ihnen lassen sich Vorteile von rechteckigen und runden Öffnungen kombinieren.
Vorzugsweise sind der Siebtrog und die Siebauslässe innen vollständig mit Silicium oder mit einem thermoplastischen oder elastomeren Kunststoff ausgekleidet.
Stahlgrundkörper der Siebmaschine sind vorzugsweise mit verschweißten PP Auskleidungssegmenten versehen. Bevorzugt ist auch die Verwendung von Innenauskleidungen aus PU.
Als Seitenauskleidungen haben sich stahlarmierten PU-Gussteilen als besonders geeignet erwiesen.
Zum Fixieren der Siebrahmen kommen vorzugsweise Schnellspannvorrichtungen zum Einsatz.
Es ist auch bevorzugt, als Siebbelag Silicium-Loch-Leisten zu verwenden. Es können ein oder mehrere Siebbeläge so ausgestaltet sein. Dabei handelt es sich vorzugsweise um mit Lochungen versehene Vierkantstäbe aus Reinstsilicium.
Diese weisen vorzugsweise wenigstens teilweise eine konische Lochform auf, d. h. die Querschnittsfläche ist oben kleiner als unten. Dies trägt zur Vermeidung von Steckkorn bei.
Der Konus weist vorzugsweise einen Winkel von 1 bis 20°, besonders bevorzugt 1 bis 5° auf.
Vorzugsweise ist an der oberen Sieboberseite eine Kantenverrundung der Löcher mit einem Radius von 0,1 bis 2 mm vorgesehen, um Ausbrüchen und Verschleiß, welche zur Verschlechterung der Trennschärfe führen würden, zu vermeiden.
Vorzugsweise ist jeweils nur der untere Teil des Lochs konisch und der obere Teil zylindrisch, damit das Loch infolge von Verschleiß nicht zu schnell aufgeweitet wird.
Vorzugsweise sind Kunststoff-ummantelte Metallstützleisten zur Stabilisierung bei Bruch der Si-Leisten, zur Vermeidung von Kontamination und zur Sicherung gegen Lösen von Bruchstücken bei Leistenbruch vorgesehen.
Vorzugsweise werden einzelne Si-Leisten mit Hartmetall-Abschlussleisten ausgestattet, die horizontal oder vertikal verspannt werden. Somit ist ein kostengünstiger Austausch einzelner Leisten je nach Verschleiß möglich. Beim verwendeten Hartmetall handelt es sich vorzugsweise um WC, SiC, SiN oder TiN.
Vorzugsweise ist das Si-Lochsieb auf eine Unterlage gelegt, geklebt oder verschraubt. Dies ermöglicht eine höhere Festigkeit, es sind größere Flächen und die Verwendung dünnerer oder dickerer Siebe möglich. Bruch lässt sich leichter vermeiden.
Es ist ganz besonders bevorzugt, sowohl Si-Lochsiebe als auch Siebe aus Kunststoff oder Siebe mit einem Kunststoffbelag zu verwenden.
Vorzugsweise wird als erster Siebschnitt ein Si-Loch-Sieb mit einem Lochdurchmesser von 5 mm bis 50 mm verwendet. Dabei können die großen Bruchstücke Klemmkörner abreinigen und somit ein Verstopfen verhindern.
Zur weiteren Trennung der Feinfraktionen werden ein oder mehrere Siebe aus Kunststoff oder mit Kunststoffbelägen verwendet.
Vorzugsweise wird für Siliciumbruch mit Partikelgrößen von größer als 15 mm (max. Partikellänge) ein zusätzliches Vorsieb mit einem Kunststoff-Belag und mit einem Maschenverhältnis zum darunterliegenden Siebdeck von 1,5:1 bis 10:1 verwendet. Dadurch kann der Kunststoff-Verschleiß auf dem unteren Siebdeck reduziert werden. Die Auslässe beider Siebdecks werden zusammengeführt. Das Vorsiebdeck hat vorzugsweise eine geringere Siebspannung. Dies dient der Verschleißminimierung.
Das erfindungsgemäße Verfahren (Wurfbewegung, Siebkennziffer 1,6–3.0) führt zu polykristallinen Siliciumbruchstücken mit einer scharfen Korngrößenverteilung ohne großen Überlapp bzw. zu mit einer hohen Trennschärfe klassiertem polykristallinem Siliciumgranulat, was so im Stand der Technik bislang nicht realisierbar war.
Die Erfindung betrifft daher auch Klassierte polykristalline Siliciumbruchstücke, gekennzeichnet durch eine Korngrößenklassierung in Bruchgrößenklassen 2, 1, 0 und F, wobei für die Bruchstücke gilt, dass bei Bruchgröße 2 max. 5 Gew.-% kleiner als 11 mm und max. 5 Gew.-% größer als 27 mm; bei Bruchgröße 1 max. 5 Gew.-% kleiner als 3,7 mm und max. 5 Gew.-% größer als 14 mm; bei Bruchgröße 0 max. 5 Gew.-% kleiner als 0,6 mm und max. 5 Gew.-% größer als 4,6 mm; bei Bruchgröße F max. 5 Gew.-% kleiner als 0,1 mm und max. 5 Gew.-% größer als 0,8 mm sind.
Die Bruchgröße ist jeweils als längste Entfernung zweier Punkte auf der Oberfläche eines Silicium-Bruchstücks (= max. Länge) definiert.
Es ergibt sich:

• Bruchgröße F (BG F) in mm: 0,1 bis 0,8;
• Bruchgröße 0 (BG 0) in mm: 0,6 bis 4,6;
• Bruchgröße 1 (BG 1) in mm: 3,7 bis 14;
• Bruchgröße 2 (BG 2) in mm: 11 bis 27.

Dabei liegen jeweils mindestens 90 Gew.-% der Bruchfraktion innerhalb des genannten Größenbereiches.
Daraus ergibt sich ein Überlappungsbereich des 5 Gew.-%-Quantils der groben Bruchgröße zum 95 Gew.-%-Quantil der feinen Bruchgröße von:
Bruchgröße 2 zu Bruchgröße 1: max. 3 mm;
Bruchgröße 1 zu Bruchgröße 0: max. 0,9 mm;
Bruchgröße 0 zu Bruchgröße F: max. 0,2 mm.
Die polykristallinen Siliciumbruchstücke mit der verbesserten Korngrößenklassierung weisen vorzugsweise eine sehr niedrige Oberflächenkontamination auf:
Wolfram (W):

Bruchgröße 1 ≤ 100000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 20000 pptw;
Bruchgröße 0 ≤ 1000000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 200000 pptw;
Bruchgröße F ≤ 10000000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 2000000 pptw;

Kobalt (Co):

Bruchgröße 2 ≤ 5000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 500 pptw;
Bruchgröße 1 ≤ 50000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 5000 pptw;
Bruchgröße 0 ≤ 500000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 50000 pptw;
Bruchgröße F ≤ 5000000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 500000 pptw;

Eisen (Fe):

Bruchgröße 2 ≤ 50000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 1000 pptw;
Bruchgröße 1 ≤ 500000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 10000 pptw;
Bruchgröße 0 ≤ 5000000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 100000 pptw;
Bruchgröße F ≤ 50000000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 1000000 pptw;

Kohlenstoff (C):

Bruchgröße 2 ≤ 1 ppmw, besonders bevorzugt ≤ 0,2 ppmw;
Bruchgröße 1 ≤ 10 ppmw, besonders bevorzugt ≤ 2 ppmw;
Bruchgröße 0 ≤ 100 ppmw, besonders bevorzugt ≤ 20 ppmw;
Bruchgröße F ≤ 1000 ppmw, besonders bevorzugt ≤ 200 ppmw;

Cr, Ni, Na, Zn, Al, Cu, Mg, Ti, K, Ag, Ca, Mo je Einzelelement:

Bruchgröße 2 ≤ 1000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 100 pptw;
Bruchgröße 1 ≤ 2000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 200 pptw;
Bruchgröße 0 ≤ 10000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 1000 pptw;
Bruchgröße F ≤ 100000 pptw, besonders bevorzugt ≤ 10000 pptw;

Feinstaub (Siliciumpartikel mit einer Größe von weniger als 10 μm):

Bruchgröße 2 ≤ 5 ppmw, besonders bevorzugt ≤ 2 ppmw;
Bruchgröße 1 ≤ 15 ppmw, besonders bevorzugt ≤ 5 ppmw;
Bruchgröße 0 ≤ 25 ppmw, besonders bevorzugt ≤ 10 ppmw;
Bruchgröße F ≤ 50 ppmw, besonders bevorzugt ≤ 20 ppmw.

Die Erfindung betrifft auch klassiertes polykristallines Siliciumgranulat, klassiert wenigstens in die zwei Größenklassen Siebzielkorn und Siebunterkorn, wobei eine Trennschärfe zwischen Siebzielkorn und Siebunterkorn mehr als 0,86 beträgt.
Vorzugsweise handelt es sich um klassiertes polykristallines Siliciumgranulat, klassiert in Siebzielkorn, Siebunterkorn und Sieboberkorn, wobei eine Trennschärfe zwischen Siebzielkorn und Siebunterkorn und zwischen Siebzielkorn und Sieboberkorn jeweils mehr als 0,86 beträgt.
Klassiertes polykristallines Siliciumgranulat weist vorzugsweise folgende Verunreinigungen mit Metallen an der Oberfläche auf: Fe: < 800 pptw, besonders bevorzugt < 400 pptw; Cr: < 100 pptw, besonders bevorzugt < 60 pptw; Ni: < 100 pptw, besonders bevorzugt < 50 pptw; Na: < 100 pptw, besonders bevorzugt < 50 pptw; Cu: < 20 pptw, besonders bevorzugt < 10 pptw; Zn: < 2000 pptw, besonders bevorzugt < 1000 pptw.
Klassiertes polykristallines Siliciumgranulat weist vorzugsweise eine Verunreinigung mit Kohlenstoff an der Oberfläche von weniger als 10 ppmw, besonders bevorzugt weniger als 5 ppmw, auf.
Klassiertes polykristallines Siliciumgranulat weist vorzugsweise eine Verunreinigung mit Feinstaub an der Oberfläche von weniger als 10 ppmw, besonders bevorzugt weniger als 5 ppmw, auf. Feinstaub ist definiert als Siliciumpartikel mit einer Größe von weniger als 10 μm.
Beispiele und Vergleichsbeispiele
Die Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen gezeigt.
Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 beziehen sich auf das Klassieren von polykristallinen Siliciumbruchstücken in die Bruchgrößen 2, 1, 0 und F.
Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 4 beziehen sich auf das Klassieren von polykristallinem Siliciumgranulat (Siebzielkorn 0,75–4 mm).
Beispiel 1

Tabelle 1a zeigt die wesentlichen Parameter der Siebmaschine. Tabelle 1a

Siebbreite b [mm]	600
Sieblänge l [mm]	1600
Frequenz n [Hz]	25
Drehzahl [U/min]	1500
Winkelgeschwindigkeit ω [1/s]	157,1
Schwingweite [mm]	3
Amplitude r [mm]	1,5
Siebneigung β [°]	0
Wurfwinkel α [°]	50
Siebkennziffer Kv [–]	2,9
Durchsatz [kg/h]	700
N2-Sichtgas [Nm³/h]	50

Tabelle 1b zeigt, welcher Siebsatz im Beispiel zum Einsatz kam. Es wurden drei Siebdecks mit unterschiedlichen Maschenweiten der Siebe verwendet. Tabelle 1b

Maschenweite [mm] Material

Deck 1 9 Polyurethan

Deck 2 1,9 Polyamid

Deck 3 0,3 Polyamid

Tabelle 1c zeigt die Zusammensetzung der Siebbeläge. Tabelle 1c

Element	Polyurethan:	Polyamid:
Al [ppmw]	17	0,7
Ca [ppmw]	14	9,1
Cr [ppmw]	< 0,2	0,3
Fe [ppmw]	0,7	0,9
K [ppmw]	0,7	< 0,2
Mg [ppmw]	0,4	0,2
Na [ppmw]	0,3	0,6
P [ppmw]	63	< 20
Sn [ppmw]	5,4	< 0,2
Ti [ppmw]	570	0,2
Zn [ppmw]	8,5	< 0,2
As, B, Ba, Cd, Co, Cu, Li, Mn, Mo, Ni, Sr, V [ppmw]	< 0,2	< 0,2
Be, Bi, Pb, Sb, W [ppmw]	< 0,2	< 0,2

Die dabei erzielten Siebergebnisse in Hinblick auf die Korngrößenverteilung sind in den Tabellen 1d und 1e dargestellt. Tabelle 1d

Bruchgröße 2 Bruchgröße 1 Bruchgröße 0 Bruchgröße F

5 Gew.-%-Längenquantil: [mm] 11,3 3,9 0,65 0,12

95 Gew.-%-Längenquantil: [mm] 26,7 13,9 4,4 0,72

Tabelle 1e

BG 2/1 BG 1/0 BG 0/F

Überlapp 5 Gew.-%/95 Gew.-% [mm] 2,6 0,5 0,07

Tabelle 1f zeigt die Verunreinigungen der klassierten Bruchstücke mit Oberflächenmetallen, Kohlenstoff, Dotierstoffen und Feinstaub. Tabelle 1f

Metalle, Kohlenstoff, Dotierstoffe, Feinstaub	Bruchgröße 2	Bruchgröße 1	Bruchgröße 0	Bruchgröße F
Fe [pptw]	80	170	1200	12800
Cr [pptw]	10	60	270	7300
Ni [pptw]	< 10	10	110	5400
Na [pptw]	20	40	430	6300
Zn [pptw]	< 10	40	210	5000
Al [pptw]	30	80	40	6200
Cu [pptw]	< 10	< 10	30	< 5000
Mg [pptw]	< 10	20	70	5600
Ti [pptw]	< 10	20	170	< 5000
W [pptw]	1500	6340	57600	969000
K [pptw]	20	10	160	< 5000
Ag [pptw]	< 10	< 10	< 10	< 5000
Ca [pptw]	60	110	350	< 5000
Co [pptw]	270	730	9300	135000
V [pptw]	< 10	10	130	< 5000
Pb [pptw]	< 10	< 10	90	< 5000
Zr [pptw]	< 10	< 10	860	< 5000
Mo, As, Be, Bi, Cd, In, Li, Mn, Sn [pptw]	< 10	< 10	< 10	< 5000
C [ppbw]	72	278	896	5857
B [pptw]	6	15	41	106
P [pptw]	35	131	208	574
As [pptw]	3	7	15	51
Feinstaub (< 10 μm) [ppmw]	1,9	3,8	8,4	17,2

Vergleichsbeispiel 2

Tabelle 2a zeigt die wesentlichen Parameter der hierfür verwendeten Siebmaschine. Tabelle 2a

Siebbreite b [mm]	600
Sieblänge l [mm]	1600
Frequenz n [Hz]	20
Drehzahl [U/min]	1200
Winkelgeschwindigkeit ω [1/s]	125,7
Schwingweite [mm]	2,4
Amplitude r [mm]	1,2
Siebneigung β [°]	0
Wurfwinkel α [°]	45
Siebkennziffer Kv [–]	1,4
Durchsatz [kg/h]	700
N2-Sichtgas [Nm³/h]	NN

Tabelle 2b zeigt, welcher Siebsatz im Vergleichsbeispiel 2 zum Einsatz kam. Es wurden drei Siebdecks mit unterschiedlichen Maschenweiten der Siebe verwendet. Tabelle 2b

Maschenweite [mm] Material

Deck 1 9 Polyurethan

Deck 2 1,9 Polyamid

Deck 3 0,3 Polyamid

Tabelle 2c zeigt die Zusammensetzung der verwendeten Siebbeläge. Tabelle 2c

Element	Polyurethan:	Polyamid:
Al [ppmw]	43	2,3
Ca [ppmw]	35	44
Cr [ppmw]	< 0,2	2,0
Fe [ppmw]	4,5	4,7
K [ppmw]	5,1	0,6
Mg [ppmw]	2,6	0,8
Na [ppmw]	3,8	6,1
P [ppmw]	114	28
Sn [ppmw]	18	1,1
Ti [ppmw]	1220	0,7
Zn [ppmw]	19	1,5
Ni [ppmw]	1,2	0,8
Cu [ppmw]	0,8	0,6
B [ppmw]	4,4	1,9
As, B, Ba, Cd, Co, Li, Mn, Mo, Sr, V [ppmw]	< 0,2	< 0,2
Be, Bi, Pb, Sb, W [ppmw]	< 0,2	< 0,2

Die dabei erzielten Siebergebnisse in Hinblick auf die Korngrößenverteilung sind in den Tabellen 2d und 2e dargestellt. Tabelle 2d

Bruchgröße 2 Bruchgröße 1 Bruchgröße 0 Bruchgröße F

5 Gew.-%-Längenquantil [mm] 10 3 0,5 0,11

95 Gew.-%-Längenquantil [mm] 40 15 5 0,81

Tabelle 2e

BG 2/1 BG 1/0 BG 0/F

Überlapp 5 Gew.-%/95 Gew.-% [mm] 5 2 0,31
Der Überlapp ist deutlich höher als bei Beispiel 1. Dies ist auf die veränderten Parameter der Siebmaschine, insbesondere auf die niedrigere Siebkennziffer zurückzuführen.

Tabelle 2f zeigt die Verunreinigungen der klassierten Bruchstücke mit Oberflächenmetallen, Kohlenstoff, Dotierstoffen und Feinstaub. Tabelle 2f

Oberflächenkontaminationen	Bruchgröße 2	Bruchgröße 1	Bruchgröße 0	Bruchgröße F
Fe [pptw]	200	340	1640	19800
Cr [pptw]	30	50	310	11000
Ni [pptw]	< 10	40	180	6800
Na [pptw]	40	50	480	7900
Zn [pptw]	20	30	360	6100
Al [pptw]	70	120	160	8400
Cu [pptw]	< 10	20	60	< 5000
Mg [pptw]	< 10	30	80	9700
Ti [pptw]	< 10	40	160	< 5000
W [pptw]	1640	5830	60700	1067000
K [pptw]	10	30	140	< 5000
Ag [pptw]	< 10	< 10	< 10	< 5000
Ca [pptw]	50	130	380	< 5000
Co [pptw]	300	790	11300	12800
V [pptw]	< 10	< 10	100	< 5000
Pb [pptw]	< 10	20	80	< 5000
Zr [pptw]	< 10	< 10	670	< 5000
Mo, As, Be, Bi, Cd, In, Li, Mn, Sn [pptw]	< 10	< 10	< 10	< 5000
C [ppbw]	103	387	1431	7299
B [pptw]	6	16	48	133
P [pptw]	32	164	216	614
As [pptw]	2	8	22	60
Feinstaub [ppmw]	4,8	11,5	19,3	44,2

Die Verunreinigungen sind durchweg höher als bei Beispiel 1. Dies zeigt den Einfluss der Zusammensetzung der Siebbeläge auf die oberflächliche Kontamination der Bruchstücke nach Klassierung.
Beispiel 3

Tabelle 3a zeigt die wesentlichen Parameter der Siebmaschine. Tabelle 3a

Siebbreite b [mm]	500
Sieblänge l [mm]	1100
Frequenz n [Hz]	24,3
Drehzahl [U/min]	1460
Winkelgeschwindigkeit ω [1/s]	152,9
Schwingweite [mm]	2,4
Amplitude r [mm]	1,2
Siebneigung β [°]	3
Wurfwinkel α [°]	40
Siebkennziffer Kv [–]	1,95
Si-Durchsatz [kg/h]	1000
N2-Sichtgas [Nm³/h]	55

Tabelle 3b zeigt, welcher Siebsatz im Beispiel 3 zum Einsatz kam. Es wurden drei Siebdecks mit unterschiedlichen Maschenweiten der Siebe verwendet. Tabelle 3b

Maschenweite [mm] Material

Deck 1 9 Polyurethan

Deck 2 4,0 Polyamid

Deck 3 0,75 Polyamid

Tabelle 3c zeigt die Zusammensetzung der Siebbeläge. Tabelle 3c

Element:	Polyurethan:	Polyamid:
Al [ppmw]	17,1	< 0,2
Ca [ppmw]	11,3	18,6
Cr [ppmw]	< 0,2	< 0,2
Fe [ppmw]	0,6	0,3
K [ppmw]	0,9	NN
Mg [ppmw]	0,3	0,2
Na [ppmw]	0,4	0,9
P [ppmw]	53,2	< 20
Sn [ppmw]	5,8	NN
Ti [ppmw]	560	< 0,2
[ppmw] Zn	7,5	< 0,2
B, Ba, Cd, Co, Cu, Li, Mn, Mo, Ni, Sr, V [ppmw]	< 0,2	< 0,2
As, Be, Bi, Pb, Sb, W [ppmw]	< 0,2	NN

Die dabei erzielten Siebergebnisse in Hinblick auf die Korngrößenverteilung sind in den Tabellen 3d und 3e dargestellt. Tabelle 3d

Siebunterkorn (< 0,75 mm) Siebzielkorn (0,75–4 mm) Sieboberkorn (4–9 mm) Abfall (> 9 mm)

5 Gew.-%-Quantil [mm] 0,35 0,81 3,61 NN

95 Gew.-%-Quantil [mm] 0,79 2,86 7,68 NN

Tabelle 3e

Siebzielkorn/Siebunterkorn Sieboberkorn/Siebzielkorn

Trennschärfe [–] 0,862 0,876

Tabelle 3f zeigt die Verunreinigungen des klassierten Granulats mit Oberflächenmetallen, Kohlenstoff, Dotierstoffen und Feinstaub. Tabelle 3f

Oberflächenmetalle:	Siebunterkorn (< 0,75 mm)	Siebzielkorn (0,75–4 mm)	Sieboberkorn (4–9 mm)
Fe [pptw]	1700	860	380
Cr [pptw]	150	100	80
Ni [pptw]	120	80	40
Na [pptw]	390	230	150
Zn [pptw]	2620	2120	1530
Al [pptw]	260	150	140
Cu [pptw]	40	25	15
Mg [pptw]	120	70	60
Ti [pptw]	210	90	90
W [pptw]	60	50	< 10
K [pptw]	70	45	40
Ca [pptw]	580	360	320
Mo, As, Sn, Ag, Co, V, Pb, Zr [pptw]	< 10	< 10	< 10
C [ppbw]	564	252	204
B [ppta]	27	25	23
P [ppta]	123	120	114
As [ppta]	8	6	6
Feinstaub [ppmw]	NN	3,6	NN

Vergleichsbeispiel 4

Tabelle 4a zeigt die wesentlichen Parameter der Siebmaschine. Tabelle 4a

Siebbreite b [mm]	500
Sieblänge l [mm]	1100
Frequenz: n [Hz]	20
Drehzahl [U/min]	1200
Winkelgeschwindigkeit w [1/s]	125,7
Schwingweite [mm]	2,6
Amplitude r [mm]	1,3
Siebneigung β [°]	3
Wurfwinkel α [°]	40
Siebkennziffer Kv [–]	1,4
Si-Durchsatz [kg/h]	1000
N2-Sichtgas [Nm³/h]	45

Tabelle 4b zeigt, welcher Siebsatz im Vergleichsbeispiel 4 zum Einsatz kam. Es wurden drei Siebdecks mit unterschiedlichen Maschenweiten der Siebe verwendet. Tabelle 4b

Maschenweite [mm] Material

Deck 1 9 Polyurethan

Deck 2 4,0 Polyamid

Deck 3 0,75 Polyamid

Tabelle 4c zeigt die Zusammensetzung der verwendeten Siebbeläge. Tabelle 4c

Element	Polyurethan:	Polyamid:
Al [ppmw]	57,2	1,3
Ca [ppmw]	45,2	32,5
Cr [ppmw]	1,5	1,3
Fe [ppmw]	14,0	3,1
K [ppmw]	6,5	0,4
Mg [ppmw]	3,6	1,4
Na [ppmw]	9,5	11,1
P [ppmw]	180	25,1
Sn [ppmw]	12,5	0,6
Ti [ppmw]	1400	0,3
Zn [ppmw]	25,3	5,8
Ni [ppmw]	0,7	0,6
Cu [ppmw]	0,5	0,3
B [ppmw]	5,3	0,4
Ba, Cd, Co, Li, Mn, Mo, Sr, V, s, Be, Bi, Pb, Sb, W [ppmw]	< 0,2	< 0,2

Die dabei erzielten Siebergebnisse in Hinblick auf die Korngrößenverteilung sind in den Tabellen 4d und 4e dargestellt. Tabelle 4d

Siebunterkorn (< 0,75 mm) Siebzielkorn (0,75–4 mm) Sieboberkorn (4–9 mm) Abfall (> 9 mm)

5 Gew.-%-Quantil: [mm] 0,38 0,74 3,56 NN

95 Gew.-%- Quantil: [mm] 0,78 2,63 7,30 NN

Tabelle 4e

Siebzielkorn/ Siebunterkorn Sieboberkorn/ Siebzielkorn

Trennschärfe [–] 0,803 0,874
Die Trennschärfe bei Siebzielkorn/Siebunterkorn ist schlechter als bei Beispiel 3. Dies ist auf die gegenüber Beispiel 3 niedrigere Siebkennziffer zurückzuführen.

Tabelle 4f zeigt die Verunreinigungen des klassierten Granulats mit Oberflächenmetallen, Kohlenstoff, Dotierstoffen und Feinstaub. Tabelle 4f

Oberflächenmetalle:	Siebunterkorn (< 0,75 mm)	Siebzielkorn (0,75–4 mm)	Sieboberkorn (4–9 mm)
Fe [pptw]	3500	1490	720
Cr [pptw]	270	210	140
Ni [pptw]	300	150	80
Na [pptw]	750	530	520
Zn [pptw]	3270	2610	2230
Al [pptw]	360	220	170
Cu [pptw]	70	60	30
Mg [pptw]	610	320	130
Ti [pptw]	310	120	130
W [pptw]	50	50	< 10
K [pptw]	210	170	110
Ca [pptw]	2520	810	720
Sn	40	30	< 10
Mo, As, Ag, Co, V, Pb, Zr [pptw]	< 10	< 10	< 10
C [ppbw]	728	311	292
P [ppta]	202	148	133
As [ppta]	15	11	8
Feinstaub [ppmw]	NN	8,3	NN

Die Verunreinigungen sind durchweg höher als bei Beispiel 3.
Es kamen folgende Messmethoden zur Bestimmung der angegebenen Parameter zum Einsatz.
Die Bestimmung der Kontamination mit Kohlenstoff erfolgt mittels eines automatischen Analysators. Dies ist detailliert beschrieben in der noch nicht veröffentlichten US-Anmeldung mit der Anmeldenummer 13/772,756 sowie in der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2012 202 640.1 .
Die Bestimmung der Dotierstoffkonzentrationen (Bor, Phosphor, As) erfolgt nach ASTM F1389-00 an monokristallinen Proben.
Die Bestimmung der Metallverunreinigungen erfolgt nach ASTM 1724-01 mit ICP-MS.
Die Feinstaubmessung erfolgt wie in DE 10 2010 039 754 A1 beschrieben.
Die Partikelgrößen (minimale Sehne) werden mittels dynamischer Bildanalyse nach ISO 13322-2 bestimmt (Messbereich: 30 μm–30 mm, Art der Analyse: Trockenmessung von Pulvern und Granulaten).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2009081108 A1 [0007]
US 8021483 B2 [0018]
US 2007235574 A1 [0020, 0024, 0035]
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US 7959008 B2 [0026]
EP 1454679 B1 [0027]
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US 2012052297 A1 [0029, 0034]
US 2009120848 A1 [0030]
DE 102012202640 [0133]
DE 102010039754 A1 [0136]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 53505 [0055]
DIN 7868 [0055]
ASTM F1389-00 [0134]
ASTM 1724-01 [0135]
ISO 13322-2 [0137]

Claims

Verfahren zum mechanischen Klassieren von polykristallinem Siliciumbruch oder -granulat mit einer Schwingsiebmaschine, wobei Siliciumbruch oder -granulat sich auf einem oder mehreren Sieben jeweils umfassend einen Siebbelag befinden, die derart in Schwingungen versetzt werden, dass der Siliciumbruch oder das Siliciumgranulat eine Bewegung ausführen, wodurch der Siliciumbruch oder das Siliciumgranulat in verschiedene Größenklassen getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siebkennziffer größer oder gleich 0,6 und kleiner oder gleich 9,0 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Siebkennziffer größer oder gleich 0,6 und kleiner oder gleich 5,0 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Wurfsiebmaschine verwendet wird, und die Siebkennziffer größer oder gleich 1,6 und kleiner oder gleich 3,0 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bewegung von Siliciumbruch oder Silicumgranulat gekennzeichnet ist durch eine Schwingamplitude von 0,5 bis 8 mm, eine Drehzahl von 400 bis 2000 U/min und einen Wurfwinkel von 30 bis 60° relativ zu einer Siebebene, wobei die Siebebene um einen Winkel von 0 bis 15° gegenüber der Waagerechten geneigt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Siebmaschine mehrere untereinander angeordnete Siebdecks umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Siebbeläge jeweils auf einen Rahmen aus Kunststoff oder einem Rahmen umfassend eine Kunststoffauskleidung befestigt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein oder mehrere der Siebbeläge aus einem Elastomer mit einer Härte von größer als 65 nach Shore A bestehen oder eine Oberfläche aus einem Elastomer mit einer Härte von größer als 65 nach Shore A aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein oder mehrere der Siebbeläge oder die Oberflächen von einem oder mehreren der Siebbeläge sowie alle weiteren den Siliciumbruch oder das Siliciumgranulat berührenden Bauteile und deren Auskleidungen aus Kunststoffen mit einer Gesamtverunreinigung von kleiner als 2000 ppmw bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei einem oder mehreren der Siebbeläge Silicium-Lochleisten verwendet werden, wobei die Löcher zumindest teilweise eine konische Form aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei sowohl Si-Lochleisten als auch Kunststoff als Siebbeläge verwendet werden, wobei zumindest in einem ersten Siebschritt ein Sieb mit einer Si-Lochleiste zum Einsatz kommt.
Klassierte polykristalline Siliciumbruchstücke, gekennzeichnet durch eine Korngrößenklassierung in Größenklassen 2, 1, 0 und F, wobei für die Bruchstücke gilt, dass bei Bruchgröße 2 max. 5 Gew.-% kleiner als 11 mm und max. 5 Gew.-% größer als 27 mm; bei Bruchgröße 1 max. 5 Gew.-% kleiner als 3,7 mm und max. 5 Gew.-% größer als 14 mm; bei Bruchgröße 0 max. 5 Gew.-% kleiner als 0,6 mm und max. 5 Gew.-% größer als 4,6 mm; bei Bruchgröße F max. 5 Gew.-% kleiner als 0,1 mm und max. 5 Gew.-% größer als 0,8 mm sind.
Klassierte polykristalline Siliciumbruchstücke nach Anspruch 11, wobei Überlappungsbereiche jeweils des 5 Gew.-%-Quantils der groben Bruchgröße zum 95 Gew.-%-Quantil der feinen Bruchgröße bei Bruchgröße 2 zu Bruchgröße 1 höchstens 3 mm, bei Bruchgröße 1 zu Bruchgröße 0 höchstens 0,9 mm und bei Bruchgröße 0 zu Bruchgröße F höchstens 0,2 mm betragen.
Klassiertes polykristallines Siliciumgranulat, klassiert wenigstens in die zwei Größenklassen Siebzielkorn und Siebunterkorn, wobei eine Trennschärfe zwischen Siebzielkorn und Siebunterkorn mehr als 0,86 beträgt.
Klassiertes polykristallines Siliciumgranulat nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch Verunreinigungen an der Oberfläche an Fe von weniger als 800 pptw, Cr von weniger als 100 pptw, Ni von weniger als 100 pptw, Na von weniger als 100 pptw, Cu von weniger als 20 pptw, Zn von weniger als 2000 pptw, an Kohlenstoff von weniger als 10 ppmw, an Feinstaub von weniger als 10 ppmw.