EP2559620B1 - Verfahren zur Verpackung von polykristallinem Silicium - Google Patents

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EP2559620B1
EP2559620B1 EP20120179993 EP12179993A EP2559620B1 EP 2559620 B1 EP2559620 B1 EP 2559620B1 EP 20120179993 EP20120179993 EP 20120179993 EP 12179993 A EP12179993 A EP 12179993A EP 2559620 B1 EP2559620 B1 EP 2559620B1
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EP
European Patent Office
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plastic bag
energy absorber
filling
polycrystalline silicon
bag
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Matthias Vietz
Rainer Hölzlwimmer
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Wacker Chemie AG
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Definitions

  • the invention relates to a method for packaging polycrystalline silicon.
  • Polycrystalline silicon (polysilicon) is predominantly deposited by means of the Siemens process from halosilanes such as trichlorosilane and then comminuted as little as possible in contamination into polycrystalline silicon fragments.
  • the material should also be packed with low contamination before it is transported to the customer.
  • polysilicon fracture for the electronics industry is in 5 kg bags with a weight tolerance of +/- max. 50 g packed.
  • polysilicon breakage is in bags with a weight of 10 kg and a weight tolerance of +/- max. 100 g usual.
  • Tubular bag machines which are in principle suitable for packaging of silicon fracture, are commercially available.
  • a corresponding packaging machine is for example in DE 36 40 520 A1 described.
  • the commercial packaging machines are to be suitably modified for the purpose of packaging polysilicon.
  • EP 1 334 907 B1 a device for cost-effective fully automatic transporting, weighing, portioning, filling and packaging of a high-purity polysilicon fracture is known, comprising a polysilicon fracture chute, a polysilicon fracture weighing device connected to a hopper, baffles made of silicon, a filling device consisting of a high-purity plastic film forms a plastic bag comprising a deionizer which prevents static charge and thus particle contamination of the plastic film, a plastic bag filled with polysilicon fracture, a flowbox mounted above the conveyor trough, weighing device, filling device and sealing device, which prevents particle contamination of the polysilicon fracture , a conveyor belt with a magnetic inductive detector for the welded polysilicon filled plastic bag, wherein all components, the come in contact with the polysilicon, reinforced with silicon or clad with a highly wear-resistant plastic.
  • DE 10 2007 027 110 A1 discloses a method for packaging polycrystalline silicon in which polycrystalline silicon is filled by means of a filling device into a free hanging, finished shaped bag, the filled bag being subsequently closed, characterized in that the bag is made of high purity plastic with a wall thickness of 10 to 1000 microns, wherein the filling device comprises a free-hanging energy absorber made of a non-metallic low-contamination material, which is introduced before filling the polycrystalline silicon in the plastic bag and via which the polycrystalline silicon is filled into the plastic bag, and the free-hanging energy absorber is then removed from the polycrystalline silicon filled plastic bag and the plastic bag is sealed.
  • DE 32 21 436 A1 discloses an apparatus for filling bags, consisting of an outer bag, and arranged in this, open-top inner bag made of plastic film, with a hopper, with a filled sacks supporting and transporting off conveyor, the bags during filling up to support on the conveyor are lowered.
  • the object of the invention is to avoid such jamming of the silicon, and to accomplish a nachzerklein mecanicsarmes packaging of the silicon.
  • the object is achieved by a method for packaging polycrystalline silicon, in which polycrystalline silicon is filled by means of a filling device in a plastic bag, wherein the filling device comprises a freely suspended energy absorber made of a non-metallic low-contamination material, characterized in that the plastic bag pulled over the energy absorber is filled polycrystalline silicon and the plastic bag is lowered during filling down so that silicon slips into the plastic bag, wherein prior to the beginning of the lowering movement of the plastic bag whose cross section is reduced by a suitable device and gradually during filling or after filling is increased to accomplish a controlled filling of the plastic bag with polycrystalline silicon.
  • the inventive method also uses an energy absorber, as already known from the prior art.
  • the filling process itself differs from the procedure described in the prior art.
  • the plastic bag is lowered down.
  • the presence of the energy absorber further prevents piercing of the plastic bag, as it is protected by the energy absorber from hard impact of the silicon.
  • the energy absorber comprises a balance.
  • This balance is preferably made of a hard metal or ceramic or carbides.
  • the preferably prefabricated bag is pulled over the weighing container and filled by turning the whole unit nachzerklein ceremoniessarm.
  • the balance is preferably designed as a sieve and is located at a bottom of the energy absorber or the storage container.
  • a jarring mechanism is provided to eliminate jamming altogether and to accomplish a better separation.
  • a vibrating mechanism can be generated for example by ultrasound.
  • a further preferred embodiment provides for a balance with transfer to an energy absorber.
  • the plastic bag is pulled over the energy absorber, then the scales incl. Sieve open, then opened a case brake and closed and then lowered the bag under wave motions and / or shaking.
  • a fall brake is preferably a device that is pressed against plastic bag or energy absorber. As a result, the cross section of the plastic bag or the energy absorber is first reduced, then released controlled. This makes it possible to control the product flow and to achieve a low-backflow filling of the silicon into the prefabricated bag.
  • the energy absorber consists of a non-metallic low-contamination material.
  • the energy absorber is not introduced into the plastic bag before filling the polycrystalline silicon, but the plastic bag is pulled over the energy absorber.
  • the plastic bag is pulled over the energy absorber by means of a suitable handling system.
  • a suitable handling system for example, an articulated robot is suitable for this purpose.
  • the polycrystalline silicon is introduced into the plastic bag via the energy absorber.
  • the plastic bag is moved downwards.
  • the plastic bag is preferably closed.
  • the plastic bag is preferably evacuated by sucking air out of the plastic bag and then welding it.
  • a handle hole punched into the plastic bag and any supernatant of the bag can be removed after welding for ease of handling.
  • the method described is suitable both for packaging polysilicon fracture for solar applications and polysilicon fracture for the electronics industry.
  • these methods are suitable for packaging sharp-edged, up to 10 kg polycrystalline silicon fragments.
  • the advantages are particularly noticeable in the presence of fragments with an average weight of more than 80 g.
  • the plastic bag is preferably made of a high purity plastic. These are preferably polyethylene (PE) polyethylene terephthalate (PET) or polypropylene (PP) or composite films.
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • a composite film is a multilayer packaging film from which flexible packaging is made.
  • the individual film layers are usually extruded or laminated or laminated.
  • the packaging is mainly used in the food industry.
  • the plastic bag during filling with polysilicon fracture by means of at least two elements on Held bag and moved away from the energy absorber away and after completion of the filling process by means of these grippers a closure device, preferably a welding device supplied.
  • the plastic bag preferably has a thickness of 10 to 1000 microns.
  • the energy absorber is preferably made of a non-metallic low-contamination material. It is preferably in the form of a funnel or hollow body.
  • textile material eg Gore- Tex® - PTFE fabric or polyester / polyamide fabric
  • plastics eg PE, PP, PA, or copolymers of these plastics.
  • PU e.g. Gore- Tex® - PTFE fabric or polyester / polyamide fabric
  • PE e.g PE, PP, PA, or copolymers of these plastics
  • z e.g. As PU, rubber or rubber ethylene ethylene acetate (EVA), with a Shore A hardness between 30 A and 120 A, preferably 70 A.
  • the closing of the plastic bag can be done for example by means of welding, gluing, sewing or positive locking. Preferably, it is done by welding.
  • the filling device consists of a filling unit and the freely suspended energy absorber which is connected to the filling unit.
  • the free-hanging energy absorber has the form of a freely suspended movable flexible hose or one of the other forms mentioned, which are hereinafter to be understood for the sake of simplicity by the term hose with.
  • the plastic bag is pulled over the movable flexible tube and the poly-break is introduced into the bag via the filling unit and the flexible tube.
  • the filling unit is preferably a funnel, a conveyor trough or a chute, which is provided with a Contaminated material or consist of a low-contamination material.
  • the free-hanging energy absorber absorbs a large part of the kinetic energy of the polysilicon crack falling in the bag. It protects the walls of the plastic bag from contact with the sharp-edged polycrystalline silicon and prevents puncturing of the plastic bag. The fact that after filling the plastic bag is pulled down, there is no jamming of the polycrystalline silicon in the energy absorber.
  • the polysilicon is first portioned and weighed prior to packaging.
  • the filling unit is designed so that the finest particles and chippings of the polysilicon are removed before or during filling. For example, particles with an edge length of less than 16 mm can be sieved off safely.
  • a product stream of polysilicon fragments is preferably transported via a conveyor trough, by means of at least one sieve, wherein the sieve may be a perforated plate, a bar screen, an optopneumatic sorting or another suitable device, separated into coarse and fine fragments by means of a dosing scale weighed and dosed to a target weight, discharged via a discharge chute and transported to a packaging unit.
  • the sieve may be a perforated plate, a bar screen, an optopneumatic sorting or another suitable device, separated into coarse and fine fragments by means of a dosing scale weighed and dosed to a target weight, discharged via a discharge chute and transported to a packaging unit.
  • the at least one sieve and the dosing scales at least partially comprise on their surfaces a low-contamination material, such as e.g. a carbide.
  • Portioning and weighing of the polysilicon fracture is preferably by means of a dosing unit for a polysilicon dosing and packaging apparatus comprising a conveyor trough suitable for conveying a product stream of debris, at least one sieve suitable for separation the product stream into coarse and fine fragments, a Gro ⁇ osierrinne for coarse debris and a Feinosierrinne for fine fragments, a dosing scale for determining the dosing, wherein the at least one screen and the dosing scale at least partially comprise a hard metal on their surfaces.
  • Such a dosing unit serves to dose polysilicon fragments of a certain size class as accurately as possible before packaging.
  • the weighed amount of polysilicon fragments is packed in a foil pouch after dosing and a possible cleaning step according to the method described above.
  • the dosing unit comprises at least one sieve, e.g. a bar screen suitable for separating the bridging pieces of the initial product stream into a coarse and fine metering trough.
  • at least one sieve e.g. a bar screen suitable for separating the bridging pieces of the initial product stream into a coarse and fine metering trough.
  • the metering unit comprises two screens, more preferably bar screens.
  • Coarse or larger polysilicon fragments are transported in a coarse dosage trough.
  • Fine or smaller polysilicon fragments are transported in a fine metering trough.
  • the size distribution of the polysilicon fragments in the starting product stream depends inter alia on the preceding comminution processes.
  • the type of division into coarse and fine fragments and the size of the coarse or fine fragments depend on the desired end product, which is to be dosed and packaged.
  • a typical fraction size distribution includes pieces of sizes 5-170 mm.
  • fragments below a certain size can be removed from the dosing unit by means of a sieve, preferably by means of a rod sieve, in conjunction with a discharge channel. So it can be accomplished that only fragments of a very specific size class are dosed.
  • the balance is equipped with an opening, an exchangeable separation mechanism and an evacuation unit.
  • the removed smaller fragments are reclassified in downstream processes, dosed and packaged or put to another use.
  • the dosing unit comprises a fine particle chute.
  • This can be designed einschwenkbar. Depending on the desired target product (fractional size distribution), this is used to screen fines and separate them from the product stream for fine dosing.
  • the dosage of the polysilicon over the two dosing channels can be automated.
  • At least the screen and the dosing scale should at least partially have carbide on their surfaces.
  • hard metals sintered Carbidhartmetalle.
  • hard metals preferably titanium carbide and titanium carbide Titanium nitride as hard materials, wherein the binder phase thereby comprises nickel, cobalt and molybdenum. Their use is also preferred in the context of the method according to the invention.
  • At least the mechanically stressed, wear-sensitive surface areas of the sieve and the metering balance comprise cemented carbide or ceramic / carbides.
  • at least one screen is made entirely of hard metal.
  • Sieve and dosing scales may be partially or fully coated with a coating.
  • the coating used is preferably a material selected from the group consisting of titanium nitride, titanium carbide, aluminum titanium nitride and DLC (Diamond Like Carbon).
  • the dosing unit also makes it possible to divide the silicon product flow over a controlled swirl chute into several dosing and packaging systems and thus a combination of several dosing systems, which are filled with a starting product and are transported to different packaging machines after dosing and weighing.
  • the dosing system includes separation mechanisms (sieves) that screen out unwanted, smaller, product sizes and then deliver them to the upstream processes (sieving, classifying).
  • the polysilicon fragments are packaged in two plastic bags.
  • the packaging in a first plastic bag is carried out as previously mentioned using an energy absorber.
  • the first plastic bag is closed.
  • the sealed bag is then transferred via a gripping system or a conveyor belt to a machine part for attaching a second bag.
  • the polysilicon may also be filled into two nested bags.
  • the inner and outer bags are completely inserted into one another, the inner bag is welded, folded over and, after optional control, the outer bag is welded.

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  • Basic Packing Technique (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Supply Of Fluid Materials To The Packaging Location (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verpackung von polykristallinem Silicium.
  • Polykristallines Silicium (Polysilicium) wird überwiegend mittels des Siemensverfahrens aus Halogensilanen wie Trichlorsilan abgeschieden und anschließend möglichst kontaminationsarm in polykristalline Siliciumbruchstücke zerkleinert.
  • Für Anwendungen in der Halbleiter- und Solarindustrie ist ein möglichst wenig kontaminierter Polysiliciumbruch erwünscht. Daher sollte das Material auch kontaminationsarm verpackt werden, bevor es zum Kunden transportiert wird.
  • Üblicherweise wird Polysiliciumbruch für die Elektronikindustrie in 5 kg Beuteln mit einer Gewichtstoleranz von +/- max. 50 g verpackt. Für die Solarindustrie ist Polysiliciumbruch in Beuteln mit einer Einwaage von 10 kg und einer Gewichtstoleranz von +/- max. 100 g üblich.
  • Schlauchbeutelmaschinen, die zur Verpackung von Siliciumbruch prinzipiell geeignet sind, sind kommerziell erhältlich. Eine entsprechende Verpackungsmaschine ist beispielsweise in DE 36 40 520 A1 beschrieben.
  • Bei Polysiliciumbruch handelt es sich um ein scharfkantiges, nicht rieselfähiges Schüttgut mit einem Gewicht der einzelnen Si-Bruchstücke von bis zu 2500 g. Daher ist bei der Verpackung darauf zu achten, dass das Material die üblichen Kunststoffbeutel beim Befüllen nicht durchstößt oder im schlimmsten Fall sogar vollständig zerstört.
  • Um dies zu verhindern, sind die kommerziellen Verpackungsmaschinen zum Zwecke der Verpackung von Polysilicium in geeigneter Weise zu modifizieren.
  • Aus EP 1 334 907 B1 ist eine Vorrichtung zum kostengünstigen vollautomatischen Transportieren, Abwägen, Portionieren, Einfüllen und Verpacken eines hochreinen Polysiliciumbruchs bekannt, umfassend eine Förderrinne für den Polysiliciumbruch, eine Wägevorrichtung für den Polysiliciumbruch, welche mit einem Trichter verbunden ist, Ablenkbleche aus Silicium, eine Abfüllvorrichtung, welche aus einer hochreinen Kunststofffolie einen Kunststoffbeutel formt, umfassend einen Deionisierer, der eine statische Aufladung und damit eine Partikelverunreinigung der Kunststofffolie verhindert, eine Verschweißvorrichtung für den mit Polysiliciumbruch gefüllten Kunststoffbeutel, eine oberhalb von Förderrinne, Wägevorrichtung, Abfüllvorrichtung und Verschweißvorrichtung angebrachte Flowbox, die eine Partikelverunreinigung des Polysiliciumbruchs verhindert, ein Förderband mit einem magnetisch induktiven Detektor für den verschweißten mit Polysiliciumbruch gefüllten Kunststoffbeutel, wobei alle Bauteile, die mit dem Polysiliciumbruch in Kontakt kommen, mit Silicium armiert oder mit einem hochverschleißfestem Kunststoff verkleidet sind.
  • Es hat sich gezeigt, dass bei solchen Vorrichtungen oftmals ein Verklemmen der Siliciumbruchstücke in der Abfüllvorrichtung auftritt. Dies ist nachteilig, da es dadurch zu erhöhten Stillstandszeiten der Maschine kommt.
    Auch treten Durchstoßungen des Kunststoffbeutels auf, was ebenfalls zu einem Stillstand der Anlage und zu Kontamination des Siliciums führt.
  • DE 10 2007 027 110 A1 offenbart ein Verfahren zur Verpackung von polykristallinem Silicium, bei dem polykristallines Silicium mittels einer Abfüllvorrichtung in einen frei hängenden, fertig geformten, Beutel gefüllt wird, wobei der gefüllte Beutel anschließend verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Beutel aus hochreinem Kunststoff mit einer Wanddicke von 10 bis 1000 µm besteht, wobei die Abfüllvorrichtung einen frei hängenden Energieabsorber aus einem nichtmetallischen kontaminationsarmen Werkstoff umfasst, der vor Einfüllen des polykristallinen Silicium in den Kunststoffbeutel eingeführt wird und über den das polykristalline Silicium in den Kunststoffbeutel eingefüllt wird, und der frei hängende Energieabsorber anschließend aus dem mit polykristallinem Silicium gefüllten Kunststoffbeutel entfernt wird und der Kunststoffbeutel verschlossen wird.
  • Durch ein solches Verfahren, dass einen Energieabsorber innerhalb des Kunststoffbeutels vorsieht, können Durchstoßungen des Kunststoffbeutels weitgehend verhindert werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, dass es weiterhin zu Verklemmungen kommt. Dies treten bei diesem Verfahren vor allem im Energieabsorber auf. Dies führt somit weiterhin zu Produktionsstillständen und erfordert manuelle Eingriffe, die eine Kontamination des Siliciums nach sich ziehen.
  • DE 32 21 436 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Befüllen von Säcken, bestehend aus einem Außensack, und aus einem in diesem angeordneten, oben offenen Innensack aus Kunststofffolie, mit einem Fülltrichter, mit einem die gefüllten Säcke abstützenden und abtransportierenden Förderer, wobei die Säcke während des Befüllens bis zur Abstützung auf dem Förderer absenkbar sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, solche Verklemmungen des Siliciums zu vermeiden, sowie ein nachzerkleinerungsarmes Verpacken des Siliciums zu bewerkstelligen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Verpackung von polykristallinem Silicium, bei dem polykristallines Silicium mittels einer Abfüllvorrichtung in einen Kunststoffbeutel gefüllt wird, wobei die Abfüllvorrichtung einen frei hängenden Energieabsorber aus einem nichtmetallischen kontaminationsarmen Werkstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffbeutel über den Energieabsorber gezogen wird, polykristallines Silicium eingefüllt und der Kunststoffbeutel während des Befüllens nach unten abgesenkt wird, so dass Silicium in den Kunststoffbeutel rutscht, wobei vor Beginn der Absenkbewegung des Kunststoffbeutels dessen Querschnitt mittels einer geeigneten Vorrichtung reduziert wird und nach und nach während des Befüllens oder nach dem Befüllen erhöht wird, um ein kontrolliertes Befüllen des Kunststoffbeutels mit polykristallinem Silicium zu bewerkstelligen.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich dadurch ein Verklemmen des Siliciums vermeiden lässt.
  • Dabei benutzt das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls einen Energieabsorber, wie bereits aus dem Stand der Technik, bekannt. Der Befüllvorgang selbst unterscheidet sich jedoch vom aus dem Stand der Technik beschriebenen Vorgehen. Während des Befüllens mit Silicium wird der Kunststoffbeutel nach unten abgesenkt. Durch das Vorhandensein des Energieabsorbers wird weiterhin ein Durchstoßen des Kunststoffbeutels verhindert, da dieser durch den Energieabsorber vor hartem Aufprallen des Siliciums geschützt wird. Gleichzeitig wird durch das Absenken des Kunststoffbeutels sichergestellt, dass keine Verklemmungen im Energieabsorber auftreten.
  • Vorzugweise umfasst der Energieabsorber eine Waage.
  • Diese Waage besteht vorzugsweise aus einem Hartmetall oder Keramik oder Carbiden.
  • Der vorzugsweise vorgefertigte Beutel wird über den Wägebehälter gezogen und durch Drehen der ganzen Einheit nachzerkleinerungsarm befüllt.
  • Die Waage ist vorzugsweise als Sieb ausgeführt und befindet sich an einem Boden des Energieabsorbers bzw. des Vorratsbehälters.
  • Vorzugsweise ist ein Rüttelmechanismus vorgesehen, um Verklemmen gänzlich ausschließen zu können und um eine bessere Abtrennung zu bewerkstelligen.
    Ein solcher Rüttelmechanismus kann beispielsweise durch Ultraschall erzeugt werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht eine Waage mit Übergabe an einen Energieabsorber vor.
  • Dabei wird der Kunststoffbeutel über den Energieabsorber gezogen, anschließend die Waage inkl. Sieb geöffnet, darauf hin eine Fallbremse geöffnet und geschlossen und der dann der Beutel unter Wellenbewegungen und/oder Rütteln abgesenkt.
  • Als Fallbremse dient vorzugsweise eine Vorrichtung, die gegen Kunststoffbeutel bzw. Energieabsorber gedrückt wird.
    Dadurch wird der Querschnitt des Kunststoffbeutels bzw. des Energieabsorbers zunächst reduziert, dann kontrolliert freigegeben.
    Damit lässt sich der Produktstrom kontrollieren und ein nachzerkleinerungsarmes Einfüllen des Siliciums in den vorgefertigten Beutel erreicht.
  • Vorzugsweise besteht der Energieabsorber aus einem nichtmetallischen kontaminationsarmen Werkstoff.
  • Anders als bei DE 10 2007 027 110 A1 wird nicht der Energieabsorber vor Einfüllen des polykristallinen Siliciums in den Kunststoffbeutel eingeführt, sondern der Kunststoffbeutel wird über den Energieabsorber gezogen.
  • Vorzugsweise wird der Kunststoffbeutel mittels eines geeigneten Handhabungssystems über den Energieabsorber gezogen. Dazu eignet sich beispielsweise ein Knickarmroboter.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das polykristalline Silicium über den Energieabsorber in den Kunststoffbeutel eingefüllt.
  • Während des Befüllens wird der Kunststoffbeutel nach unten bewegt.
  • Dies erfolgt vorzugsweise mittels geeigneter Greifersysteme.
  • Nach dem Befüllvorgang wird der Kunststoffbeutel vorzugsweise verschlossen.
  • Zuvor wird der Kunststoffbeutel vorzugsweise evakuiert, indem aus dem Kunststoffbeutel Luft abgesaugt wird und dann verschweißt.
  • Dabei kann zur einfacheren Handhabung ein Griffloch in den Kunststoffbeutel gestanzt sowie ein etwaiger Überstand des Beutels nach dem Verschweißen entfernt werden.
  • Im Gegensatz zur festen Position des frei hängenden vorgefertigten Beutels ist es mit vorliegender Erfindung möglich, dass über die flexible Positionierung des Beutelgreifers mittels Handhabungssystemen ein verklemmfreier, nachzerkleinerungsarmer und durchstoßungsarmer Befüllvorgang möglich ist.
  • Das beschriebene Verfahren eignet sich sowohl zum Verpacken von Polysiliciumbruch für Solaranwendungen als auch für Polysiliciumbruch für die Elektronikindustrie. Insbesondere sind dies Verfahren zum Verpacken von scharfkantigen, bis 10 kg schweren polykristallinen Siliciumbruchstücken geeignet. Die Vorteile kommen insbesondere in Anwesenheit von Bruchstücken mit einem mittleren Gewicht größer 80 g zum Tragen.
  • Der Kunststoffbeutel besteht vorzugsweise aus einem hochreinen Kunststoff. Dabei handelt es sich bevorzugt um Polyethylen (PE) Polyethylenterephthalat (PET) oder Polypropylen (PP) oder um Verbundfolien.
  • Eine Verbundfolie ist eine mehrschichtige Verpackungsfolie, aus der flexible Verpackungen gemacht werden. Die einzelnen Folienschichten werden üblicherweise extrudiert oder kaschiert bzw. laminiert. Die Verpackungen finden hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie Verwendung.
  • Vorzugsweise wird der Kunststoffbeutel während des Befüllens mit Polysiliciumbruch mittels mindestens zweier Elemente am Beutel gehalten und nach unten vom Energieabsorber weg bewegt und nach Beendigung des Befüllvorganges mittels dieser Greifer einer Verschlussvorrichtung, vorzugsweise einer Verschweißvorrichtung, zugeführt.
  • Der Kunststoffbeutel weist vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 1000 µm auf.
  • Der Energieabsorber besteht vorzugsweise aus einem nichtmetallischen kontaminationsarmen Werkstoff. Er hat vorzugsweise die Form eines Trichters oder Hohlkörpers.
  • Er besteht vorzugsweise aus Textil-Material (z. B. Gore-Tex® - PTFE-Gewebe oder Polyester/Polyamid-Gewebe), Kunststoffen (z. B. PE, PP, PA, oder Copolymeren dieser Kunststoffe). Besonders bevorzugt besteht er aus einem gummielastischen Kunststoff, z. B. PU, Kautschuk Gummi oder Ethylenvinylacetat (EVA), mit einer Shore A-Härte zwischen 30 A und 120 A, bevorzugt 70 A.
  • Das Verschließen des Kunststoffbeutels kann beispielsweise mittels Verschweißen, Verkleben, Vernähen oder Formschluss erfolgen. Vorzugsweise erfolgt es mittels Verschweißen.
  • Bevorzugt besteht die Abfüllvorrichtung aus einer Befülleinheit und dem frei hängenden Energieabsorber der mit der Befülleinheit verbunden ist. Bevorzugt hat der frei hängende Energieabsorber die Form eines frei hängenden beweglichen flexiblen Schlauchs oder eine der anderen genannten Formen, die im Folgenden der Einfachheit halber unter dem Begriff Schlauch mit zu verstehen sind.
  • Der Kunststoffbeutel wird über den beweglichen flexiblen Schlauch gezogen und der Polybruch über die Befülleinheit und den flexiblen Schlauch in den Beutel eingebracht.
  • Bei der Befülleinheit handelt es sich vorzugsweise um einen Trichter, eine Förderrinne oder eine Rutsche, die mit einem kontaminationsarmen Material verkleidet sind oder aus einem kontaminationsarmen Material bestehen.
  • Der frei hängende Energieabsorber absorbiert einen großen Teil der Bewegungsenergie des in den Beutel fallenden Polysiliciumbruchs. Er schützt die Wände des Kunststoffbeutels vor dem Kontakt mit dem scharfkantigen polykristallinen Silicium und verhindert ein Durchstoßen des Kunststoffbeutels. Dadurch, dass nach dem Befüllen der Kunststoffbeutel nach unten gezogen wird, kommt es zu keinerlei Verklemmungen des polykristallinen Siliciums im Energieabsorber.
  • Vorzugsweise wird das Polysilicium vor dem Verpacken zunächst portioniert und gewogen.
  • Die Befülleinheit ist so gestaltet, dass feinste Partikel und Absplitterungen des Polysiliciums vor oder während des Befüllens entfernt werden. Beispielsweise können Partikel mit einer Kantenlänge kleiner 16mm sicher abgesiebt werden.
  • Dazu wird vorzugsweise ein Produktstrom an Polysiliciumbruchstücken über eine Förderrinne transportiert, mittels wenigstens eines Siebs, wobei es sich beim Sieb um eine Lochplatte, ein Stangensieb, eine optopneumatische Sortierung oder eine andere geeignete Vorrichtung handeln kann, in grobe und feine Bruchstücke getrennt, mittels einer Dosierwaage abgewogen und auf ein Zielgewicht dosiert, über eine Abführrinne abgeführt und zu einer Verpackungseinheit transportiert.
  • Vorzugsweise umfassen das wenigstens eine Sieb und die Dosierwaage an ihren Oberflächen wenigstens teilweise einen kontaminationsarmen Werkstoff wie z.B. ein Hartmetall.
  • Die Portionierung und Einwaage des Polysiliciumbruchs erfolgt vorzugsweise mittels einer Dosiereinheit für eine Vorrichtung zum Dosieren und Verpacken von Polysiliciumbruchstücken, umfassend eine Förderrinne, geeignet zum Befördern eines Produktstroms an Bruchstücken, wenigstens ein Sieb, geeignet zur Trennung des Produktstroms in grobe und feine Bruchstücke, eine Grobdosierrinne für grobe Bruchstücke und eine Feindosierrinne für feine Bruchstücke, eine Dosierwaage zur Bestimmung des Dosiergewichts, wobei das wenigstens eine Sieb sowie die Dosierwaage an ihren Oberflächen wenigstens teilweise ein Hartmetall umfassen.
  • Eine solche Dosiereinheit dient dazu, Polysiliciumbruchstücke einer bestimmten Größenklasse vor dem Verpacken so exakt wie möglich zu dosieren.
  • Durch Trennung des Produktstroms in Grob- und Feinteile ist ein exakteres Dosieren des Polysiliciums möglich.
  • Die abgewogene Menge an Polysiliciumbruchstücken wird nach dem Dosieren und einem evtl. Reinigungsschritt gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren in einen Folienbeutel verpackt.
  • Die Dosiereinheit umfasst wenigstens ein Sieb, z.B. ein Stangensieb, geeignet zur Abtrennung der Brückstücke des anfänglichen Produktstroms in eine Grob- und Feindosierrinne.
  • Vorzugsweise umfasst die Dosiereinheit zwei Siebe, besonders bevorzugt Stangensiebe.
  • Grobe bzw. größere Polysiliciumbruchstücke werden in einer Grobdosierrinne transportiert.
  • Feine bzw. kleinere Polysiliciumbruchstücke werden in einer Feindosierrinne transportiert.
  • Die Größenverteilung der Polysiliciumbruchstücke im Ausgangsproduktstrom hängt u.a. vom vorangegangen Zerkleinerungsprozessen ab. Die Art der Aufteilung in grobe und feine Bruchstücke sowie die Größe der groben bzw. feinen Bruchstücke hängen vom gewünschten Endprodukt ab, das zu dosieren und zu verpacken ist.
  • Eine typische Bruchgrößenverteilung umfasst Bruchstücke der Größen 5-170 mm.
  • Beispielsweise können Bruchstücke unterhalb einer bestimmten Größe mittels eines Siebs, bevorzugt mittels eines Stangensiebs, in Verbindung mit einer Abführrinne aus der Dosiereinheit abgeführt werden. So lässt es sich bewerkstelligen, dass nur Bruchstücke einer ganz bestimmten Größenklasse dosiert werden.
  • Durch den Transport des Polysiliciums auf den Förderinnen entstehen erneut unerwünschte Produktgrößen. Diese können beispielsweise durch einen Abtrennen in der Dosierwaage wieder entfernt werden. Dazu ist die Waage mit einer Öffnung, einem wechselbaren Abtrennmechanismus und einer Abführeinheit ausgestattet.
  • Die abgeführten kleineren Bruchstücke werden in nach gelagerten Prozessen erneut klassifiziert, dosiert und verpackt oder einer anderen Verwendung zugeführt.
  • Vorzugsweise umfasst die Dosiereinheit eine Feinanteilrutsche. Diese kann einschwenkbar gestaltet sein. Je nach gewünschtem Zielprodukt (Bruchgrößenverteilung) wird diese verwendet, um Feinanteile auszusieben und vom Produktstrom für die Feindosierung abzutrennen.
  • Die Dosierung des Polysiliciums über die beiden Dosierrinnen lässt sich automatisieren.
  • Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Hartmetallelementen für Sieb und Dosierwaage. Zumindest Sieb und Dosierwaage sollten an ihren Oberflächen wenigstens teilweise Hartmetall aufweisen.
  • Unter Hartmetallen versteht man gesinterte Carbidhartmetalle. Es gibt neben den konventionellen Hartmetallen auf Wolframcarbid-Basis auch Hartmetalle, die vorzugsweise Titancarbid und Titannitrid als Hartstoffe beinhalten, wobei die Bindephase dabei Nickel, Kobalt und Molybdän umfasst. Auch deren Einsatz ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt.
  • Vorzugsweise umfassen zumindest die mechanisch beanspruchten, verschleißempfindlichen Oberflächenbereiche von Sieb und Dosierwaage Hartmetall oder Keramik/Carbide. Vorzugsweise ist wenigstens ein Sieb komplett aus Hartmetall gefertigt.
  • Sieb und Dosierwaage können teilweise oder vollflächig mit einer Beschichtung versehen sein. Als Beschichtung wird vorzugsweise ein Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titannitrid, Titancarbid, Aluminiumtitannitrid und DLC (Diamond Like Carbon), verwendet.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von Hartmetallelementen die mechanische Stabilität der Dosiereinheit verbessert. Zudem werden die Wartungsintervalle der Dosiereinheit deutlich größer, da die Hartmetallelemente weniger verschleißen als die im Stand der Technik benutzten Silicium- und Kunststoffverkleidungen.
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Kontamination von Silicium durch die Verwendung von Hartmetall sich gegenüber der Verwendung von Silicium- oder Kunststoffauskleidungen nicht signifikant erhöht. Dies betrifft insbesondere die Kontamination mit Wolfram und Kobalt.
  • Die Dosiereinheit ermöglicht es weiterhin, über eine geregelte Schwenkrinne den Silicium-Produktstrom auf mehrere Dosier- und Verpackungssysteme aufzuteilen und somit eine Kombination mehrerer Dosiersysteme, die mit einem Ausgangsprodukt befüllt werden und nach Dosieren und Wägen zu unterschiedlichen Verpackungsmaschinen transportiert werden.
  • Das Dosiersystem beinhaltet Abtrennungsmechanismen (Siebe), die unerwünschte, kleinere, Produktgrößen absieben und diese dann den vorgelagerten Prozessen (Sieben, Klassifizieren) zuführen. Vorzugsweise werden die Polysiliciumbruchstücke in zwei Kunststoffbeutel verpackt.
  • Das Verpacken in einen ersten Kunststoffbeutel erfolgt wie zuvor erwähnt unter Verwendung eines Energieabsorbers.
  • Anschließend wird der erste Kunststoffbeutel verschlossen.
  • Vorzugsweise wird der verschweißte Beutel anschließend über ein Greifsystem oder ein Förderband an ein Maschinenteil zum Anbringen eines zweiten Beutels übergeben.
  • Alternativ dazu kann das Polysilicium auch in zwei ineinander gesteckte Beutel gefüllt werden.
  • Nach dem Verschweißen des Innenbeutels rutscht dieser bis zum Boden des Außenbeutels ab und dieser kann ebenfalls verschweißt werden.
  • Eine andere Ausführungsform sieht vor, den Innen- und Außenbeutel vollständig ineinander zu stecken, den Innenbeutel zu verschweißen, umzuklappen und nach optionaler Kontrolle den Außenbeutel zu verschweißen.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Verpackung von polykristallinem Silicium, bei dem polykristallines Silicium mittels einer Abfüllvorrichtung in einen Kunststoffbeutel gefüllt wird, wobei die Abfüllvorrichtung einen frei hängenden Energieabsorber aus einem nichtmetallischen kontaminationsarmen Werkstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffbeutel über den Energieabsorber gezogen wird, polykristallines Silicium eingefüllt und der Kunststoffbeutel während des Befüllens nach unten abgesenkt wird, so dass Silicium in den Kunststoffbeutel rutscht, wobei vor Beginn der Absenkbewegung des Kunststoffbeutels dessen Querschnitt mittels einer geeigneten Vorrichtung reduziert wird und nach und nach während des Befüllens oder nach dem Befüllen erhöht wird, um ein kontrolliertes Befüllen des Kunststoffbeutels mit polykristallinem Silicium zu bewerkstelligen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffbeutel aus Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polypropylen (PP) oder Verbundfolie besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Energieabsorber aus einem nichtmetallischen kontaminationsarmen Werkstoff besteht und die Form eines Trichters, eines Schlauches oder eines Hohlkörpers aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Vorratsbehälter bzw. Energieabsorber eine Waage umfassen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Vorratsbehälter bzw. Energieabsorber eine Waage umfassen, die als Sieb ausgeführt ist und sich an einem Boden des Energieabsorbers bzw. des Vorratsbehälters befindet.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Mechanismus vorgesehen ist, der während des Befüllens eine Wellen- und oder Rüttelbewegung von Vorratsbehälter oder Energieabsorber bewerkstelligt, um Verklemmen gänzlich ausschließen zu können und um eine bessere Abtrennung zu bewerkstelligen.
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