EP2730510B1 - Verfahren zum Verpacken von polykristallinem Silicium - Google Patents

Verfahren zum Verpacken von polykristallinem Silicium Download PDF

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EP2730510B1
EP2730510B1 EP13190464.1A EP13190464A EP2730510B1 EP 2730510 B1 EP2730510 B1 EP 2730510B1 EP 13190464 A EP13190464 A EP 13190464A EP 2730510 B1 EP2730510 B1 EP 2730510B1
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EP
European Patent Office
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polycrystalline silicon
plastic bag
metering
filling
polysilicon
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Werner Lazarus
Christian Fraunhofer
Herbert Schmölz
Matthias Vietz
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Wacker Chemie AG
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Wacker Chemie AG
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Publication date
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    • B65B5/101—Filling containers or receptacles progressively or in stages by introducing successive articles, or layers of articles by gravity
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    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B29/00—Packaging of materials presenting special problems

Definitions

  • the invention relates to the packaging of polycrystalline silicon.
  • Polycrystalline silicon hereinafter referred to as polysilicon, u. a. as starting material for the production of electronic components and solar cells.
  • CVD chemical vapor deposition
  • Siemens reactors On a large scale, this process is realized in so-called Siemens reactors.
  • the polysilicon accumulates in the form of rods.
  • the polysilicon rods are usually comminuted by manual methods.
  • US 8074905 discloses a device comprising a roughing polysilicon feeder in a crusher plant, the crusher plant and a polysilicon rupture classifying plant, characterized in that the crushing plant is provided with a controller providing variable adjustment of at least one crushing parameter in the crusher plant and / or at least one sorting parameter in the sorting system allows.
  • the least possible contaminated polysilicon fraction is desired. To accomplish this, various cleaning methods are used.
  • US 2010/0001106 A1 describes a process for the production of highly pure classified polysilicon fracture in which a polysilicon from the Siemens process is comminuted and classified by means of a device comprising comminution tools and a screening device and the polysilicon fracture thus obtained is cleaned by means of a cleaning bath, characterized in that the crushing tools and the sieve device consistently have a surface in contact with the polysilicon of a material which contaminates the polysilicon break only with such foreign particles, which are then selectively removed by the cleaning bath.
  • silicon dust adhered to the debris is considered contamination because it reduces the yield of crystal pulling.
  • US 2012/0052297 A1 discloses a process for the production of polycrystalline silicon comprising fracturing polycrystalline silicon deposited on thin rods in a Siemens reactor, classifying the fractions into size classes of about 0.5 mm to greater than 45 mm, and treating the fragments by means of compressed air or dry ice Remove silicon dust from the debris with no chemical wet cleaning.
  • the polycrystalline silicon must be packaged after the comminution steps and any cleaning or dedusting that may be required before it is transported to the customer.
  • 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.
  • polysilicon breakage is a sharp-edged, non-free-flowing bulk material with a weight of the individual silicon fragments of up to 2500 g. Therefore, it must be ensured during packaging that the material does not puncture the usual plastic bags during filling, or even completely destroyed in the worst case.
  • the commercial packaging machines are to be suitably modified for the purpose of packaging polysilicon.
  • US 7013620 B2 there is known an apparatus for inexpensively fully automated transporting, weighing, portioning, filling and packaging of a high purity polysilicon fracture comprising a polysilicon breakthrough chute, a polysilicon fracture weighing device connected to a hopper, baffles made of silicon, a filling device comprising forming 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 flow box mounted above a conveyor trough, weighing device, filling device and welding device which causes particle contamination of the polysilicon fracture prevents a conveyor belt with a magnetic inductive detector for the welded polysilicon break filled plastic bag, wherein all components, ie e come in contact with the polysilicon, reinforced with silicon or covered with a highly wear-resistant plastic.
  • DE 103 46 881 A1 discloses a plant for filling and closing of open plastic bags, which is equipped with a filling machine which includes a rotor rotatably driven about a vertical axis, which is equipped with a plurality of filling devices, to which the plastic bags to be filled can be attached, and the filling devices Welding units for producing the seams after removing the filled plastic bags are assigned by the filling devices, and the system is still equipped with a linear discharge belt for transporting the filled plastic bags from the filling machine, characterized in that the rotor of the filling machine with constant speed driven and with the filler neck associated VerInstitutnahtsch fashion listeningen is equipped, and also assigned to the rotor of the filling machine to the individual welding means pivotally mounted sack support means, the a from the filling means a Take over plastic bags immediately after the manufacture of the closure seams of the welding devices and transferred to a drivable with the rotational speed of the rotor, as well as tangentially arranged stationary discharge belt.
  • EP 2 487 112 A1 discloses a method for dosing and packaging polysilicon fragments wherein a product stream of polysilicon fragments is transported via a chute, separated into coarse and fine debris by at least one sieve, weighed by a dosing weigher and metered to a target weight, discharged via a discharge chute and to a packaging unit transported where the polysilicon fragments are packed in plastic bags.
  • the removal of polysilicon fragments from the metering unit by means of the discharge chute and their transport to the packaging unit leads to the formation of fines. Therefore, the object of the invention was to automatically pack polycrystalline silicon and reduce the resulting fines to an extremely low level.
  • polycrystalline silicon to be introduced can only reach this point of the plastic bag in the vertical direction, whereby that clamping can be completely or partially released, so that the cross section of the plastic bag at this point increased again and the polycrystalline silicon from this point in the vertical direction in the plastic bag can move further down.
  • the fines produced during packaging are significantly lower than in conventional automatic packaging processes.
  • the fines fraction for fraction size 20-60 mm is 1400 ppmw or less.
  • the invention is based on silicon fragments of specific size classes, which were produced by comminuting a rod deposited by means of the Siemens process and subsequent sorting and classification.
  • the polysilicon fragments are transported via a conveyor trough and separated by means of at least one sieve into coarse and fine fragments.
  • the dosing system is designed in such a way that fines, ie very fine particles and chips of the polysilicon, are removed by sieving before the filling process.
  • the sieve may be a perforated plate, a bar screen, an optopneumatic sorting or any other suitable device. Depending on the size of the break, different screens can be used. For fraction sizes from 20 to 60 mm, sieves with a mesh width of 3 mm are preferably used. For break sizes 45 to 120 mm, sieves with a mesh width of 9 mm are preferably used.
  • the screens used at least partially comprise a low-contamination material such as e.g. a carbide.
  • a low-contamination material such as e.g. a carbide.
  • hard metals sintered Carbidhartmetalle.
  • hard metals which preferably include titanium carbide and titanium nitride as hard materials, the binder phase comprising nickel, cobalt and molybdenum.
  • At least the mechanically stressed, wear-sensitive surface regions of sieves comprise cemented carbide or ceramic / carbides.
  • at least one screen is made entirely of hard metal. You can partially or be provided over the entire surface 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).
  • a metering unit comprising a conveyor trough suitable for conveying a product stream of debris, at least one screen suitable for separating the product stream into coarse and fine debris, a coarse metering trough for coarse debris and a fine metering trough for fine debris ,
  • a metering unit comprising a conveyor trough suitable for conveying a product stream of debris, at least one screen suitable for separating the product stream into coarse and fine debris, a coarse metering trough for coarse debris and a fine metering trough for fine debris .
  • a typical fraction size distribution includes fragments of sizes 1 to 200 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 and packaged. By transporting the polysilicon on the conveyor again arise undesirable product sizes. These are separated in the dosing system by means of a sieve.
  • the removed smaller fragments are reclassified in downstream processes, dosed and packaged or put to another use.
  • the dosage of the polysilicon over the two dosing channels can be automated.
  • the polycrystalline silicon is filled by the dosing directly into the plastic bag, in particular a PE bag, and preferably weighed together with the packaging and a gripper system.
  • the weighing system is based on the system of a gross balance.
  • the clamping device serves to compress the bag during filling.
  • the clamping device serves as a kind of fall brake, which is pressed against the plastic bag, whereby the cross section of the plastic bag is first reduced and then released controlled.
  • the product flow can be controlled and it is achieved a filling of the silicon in the prefabricated bag, in which only a small amount of fines is produced.
  • the separation of fines is done via dosing, at the end Abtrennmechanismen, in particular bar screens, are attached, which accomplish the separation of the fines.
  • the at least one clamping device opens when a certain filling level and a certain weight of polycrystalline silicon in the bag are reached.
  • the invention it is possible to lead the product stream finely divided to the bag. This is done with low-contamination sieves on the dosing system.
  • the dosing additional Feindosierrinne
  • the filling takes place via an inlet funnel.
  • the inlet funnel preferably consists of a low-contamination material for silicon.
  • the drop height that further reduces during the filling process is detected.
  • the product clamping can be released, so that the material sags down to the next clamp or the bottom of the bag.
  • damping storage elements are pivoted into the product stream. These are preferably made of or coated with a low-contamination material. These elements provide some cushioning effect on the product flow, absorb energy and fill with polycrystalline silicon. After a partial filling of the plastic bag, they are emptied and removed again from the product stream. On the one hand, this is desirable for achieving the clock rate and, on the other hand, for further reducing the drop height.
  • the polysilicon fragments are still detected by a camera before the dosing process, while the specific weight of the fragments is determined and further recognizes the surface texture of the fragments.

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  • Silicon Compounds (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verpackung von polykristallinem Silicium.
  • Polykristallines Silicium, im Folgenden als Polysilicium bezeichnet, dient u. a. als Ausgangsmaterial für die Herstellung von elektronischen Bauteilen und Solarzellen.
  • Es wird durch thermische Zersetzung eines Silicium haltigen Gases oder eines Silicium haltigen Gasgemisches gewonnen. Dieser Prozess wird als Abscheidung aus der Gasphase (CVD, chemical vapor deposition) bezeichnet.
  • In großem Maßstab wird dieser Prozess in so genannten Siemens-Reaktoren realisiert. Das Polysilicium fällt dabei in Form von Stäben an. Die Polysiliciumstäbe werden in der Regel mittels händischer Verfahren zerkleinert.
  • Es sind eine Reihe maschineller Verfahren bekannt, in denen händisch vorgebrochener Polysilicium-Grobbruch unter Einsatz üblicher Brecher weiter zerkleinert wird. Mechanische Brechverfahren sind beispielsweise in US 8021483 B2 beschrieben.
  • US 8074905 offenbart eine Vorrichtung umfassend eine Aufgabeeinrichtung für einen Polysilicium-Grobbruch in eine Brecheranlage, die Brecheranlage und eine Sortieranlage zum Klassieren des Polysilicium-Bruchs, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechanlage mit einer Steuerung versehen ist, die eine variable Einstellung mindestens eines Brechparameters in der Brecheranlage und/oder mindestens eines Sortierparameters in der Sortieranlage ermöglicht.
  • Für Anwendungen in der Halbleiter- und Solarindustrie ist ein möglichst wenig kontaminierter Polysiliciumbruch erwünscht. Um dies zu bewerkstelligen, kommen auch verschiedene Reinigungsverfahren zum Einsatz.
  • US 2010/0001106 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem klassierten Polysilicium-Bruch, bei dem ein Polysilicium aus dem Siemens-Verfahren mittels einer Vorrichtung umfassend Zerkleinerungswerkzeuge und einer Siebvorrichtung zerkleinert und klassiert wird und der so erhaltene Polysilicium-Bruch mittels eines Reinigungsbades gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungswerkzeuge und die Siebvorrichtung durchgängig eine mit dem Polysilicium in Kontakt kommende Oberfläche aus einem Werkstoff besitzen, welcher den Polysilicium-Bruch nur mit solchen Fremdpartikeln verunreinigt, welche anschließend gezielt durch das Reinigungsbad entfernt werden.
  • Auch an den Bruchstücken anhaftender Siliciumstaub wird als Kontamination angesehen, da er die Ausbeute beim Kristallziehen reduziert.
  • Aus US 2012/0052297 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium bekannt, 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 und Behandlung der Bruchstücke mittels Druckluft oder Trockeneis, um Siliciumstaub von den Bruchstücken zu entfernen, wobei keine chemische Nassreinigung erfolgt.
  • Das polykristalline Silicium muss jedoch nach den Zerkleinerungsschritten und der gegebenenfalls durchgeführten Reinigung- oder Entstaubung verpackt werden, bevor es zum Kunden transportiert wird.
  • Demzufolge ist beim Verpacken darauf zu achten, dass dieses möglichst kontaminationsarm erfolgt.
  • 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 aber um ein scharfkantiges, nicht rieselfähiges Schüttgut mit einem Gewicht der einzelnen Siliciumbruchstücke 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 US 7013620 B2 ist eine Vorrichtung zum kostengünstigen vollautomatischen Transportieren, Abwägen, Portionieren, Einfüllen und Verpacken eines hoch reinen 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.
  • DE 103 46 881 A1 offenbart eine Anlage zum Füllen und Verschließen von offenen Kunststoffsäcken, die mit einer Füllmaschine ausgestattet ist, die einen um eine vertikale Achse rotierend antreibbaren Rotor enthält, der mit mehreren Fülleinrichtungen ausgestattet ist, an denen die zu füllenden Kunststoffsäcke anhängbar sind, und bei der den Fülleinrichtungen Schweißaggregate zum Herstellen der Verschlussnähte nach dem Abnehmen der gefüllten Kunststoffsacke von den Fülleinrichtungen zugeordnet sind, und die Anlage noch mit einem linearen Austrageband zum Abtransport der gefüllten Kunststoffsäcke von der Füllmaschine ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der Füllmaschine mit konstanter Drehzahl antreibbar sowie mit den Füllstutzen zugeordneten Verschlussnahtschweißeinrichtungen ausgerüstet ist, und außerdem am Rotor der Füllmaschine den einzelnen Schweißeinrichtungen schwenkbar gelagerte Sackstützeinrichtungen zugeordnet sind, die die von den Fülleinrichtungen abzunehmenden Kunststoffsacke unmittelbar nach dem Herstellen der Verschlussnähte von den Schweißeinrichtungen übernehmen und auf ein mit der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors antreibbares, sowie tangential dazu stationär angeordnetes Austrageband übergeben.
  • 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.
  • Außerdem hat sich gezeigt, dass während des Verpackens von Bruchstücken einer bestimmten Größenklasse, z.B. Bruchgrößen von 20 bis 60 mm, auch unerwünschte kleinere Siliciumpartikel oder Bruchstücke entstehen. Der Anteil solcher unerwünschter Partikel beträgt für solche Bruchgrößen 17000-23000 ppmw.
  • Nachfolgend sollen alle Bruchstücke oder Partikel aus Silicium, die eine solche Größe aufweisen, dass sie die durch ein Maschensieb mit quadratischen Maschen 8mm x 8mm abtrennen lassen, als Feinanteil bezeichnet werden. Der Feinanteil ist beim Kunden unerwünscht, da er die Kundenprozesse negativ beeinflusst. Falls der Feinanteil vom Kunden z.B. durch Sieben abgetrennt wird, bedeutet das einen erhöhten Aufwand.
    Neben der automatischen Verpackung von polykristallinem Silicium wie nach US 7013620 B2 kommt auch ein händisches Verpacken des polykristallinen Siliciums in Kunststoffbeutel in Frage. Durch ein händisches Verpacken kann der Feinanteil deutlich reduziert werden, für die o.g. Bruchgröße 20-60 mm von 17000 ppmw auf bis 1400 ppmw.
    Allerdings bedeutet das händische Verpacken einen hohen Aufwand und erhöhte Personalkosten. Daher kommt ein händisches Verpacken aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Frage. Zudem wäre es wünschenswert, den Feinanteil noch weiter zu reduzieren als durch händisches Verpacken realisierbar.
    EP 2 487 112 A1 offenbart ein Verfahren zum Dosieren und Verpacken von Polysiliciumbruchstücken, wobei ein Produktstrom an Polysiliciumbruchstücken über eine Förderrinne transportiert, mittels wenigstens eines Siebs in grobe und feine Bruchstücke getrennt, mittels einer Dosierwaage abgewogen und auf ein Zielgewicht dosiert wird, über eine Abführrinne abgeführt und zu einer Verpackungseinheit transportiert wird, wo die Polysiliciumbruchstücke in Kunststoffbeuteln verpackt werden.
    Das Abführen der Polysilicumbruchstücke aus der Dosiereinheit mittels der Abführrinne und deren Transport zu der Verpackungseinheit führt jedoch zum Entstehen von Feinanteil.
    Daher bestand die Aufgabe der Erfindung darin, polykristallines Silicium automatisch zu verpacken und den dabei entstehenden Feinanteil auf ein äußerst niedriges Niveau zu reduzieren.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Verpacken von polykristallinem Silicium, umfassend folgende Schritte
    • Bereitstellen von polykristallinem Silicium in einem Dosiersystem umfassend eine Förderrinne zum Befördern des polykristallinen Siliciums sowie Dosierrinnen, umfassend eine Grobdosierrinne für grobe Bruchstücke und eine Feindosierrinne für feine Bruchstücke, an deren Ende Abtrennmechanismen zum Absieben von Feinanteil angebracht sind;
    • Einfüllen von polykristallinem Silicium aus den Dosierrinnen des Dosiersystems , durch welches Feinanteil mittels Sieben abgetrennt wird, direkt in einen unter den Dosiersystem angeordneten Kunststoffbeutel;
    wobei während des Einfüllens das Gewicht des Kunststoffbeutels mit dem eingefüllten polykristallinen Silicium bestimmt und nach dem Erreichen eines Zielgewichts der Einfüllvorgang beendet wird;
    wobei während des gesamten Einfüllvorgangs eine Fallhöhe des polykristallinen Siliciums von Dosiersystem in Kunststoffbeutel mittels wenigstens einer Klemmvorrichtung bei weniger als 450 mm gehalten wird.
    Vorzugsweise wird während des gesamten Einfüllvorgangs eine Fallhöhe des polykristallinen Siliciums von Dosiersystem in Kunststoffbeutel mittels wenigstens einer Klemmvorrichtung bei weniger als 300 mm gehalten.
    Dazu eignet sich eine Klemmvorrichtung für eine Vorrichtung zum Verpacken von polykristallinem Silicium in einem Kunststoffbeutel, die derart auf den Kunststoffbeutel einwirkt, dass dieser an einer bestimmten Stelle seitlich durch eine Klemmung zusammengedrückt wird, so dass sich dort dessen Querschnitt verringert, wobei jene Klemmung jederzeit ganz oder teilweise gelöst werden kann, so dass sich der Querschnitt des Kunststoffbeutels an dieser Stelle wieder vergrößert.
  • Wird der Kunststoffbeutel an einer bestimmten Stelle seitlich durch eine Klemmung zusammengedrückt, so dass sich dort dessen Querschnitt verringert, kann einzufüllendes polykristallines Silicium in vertikaler Richtung nur bis zu dieser Stelle des Kunststoffbeutels gelangen, wobei jene Klemmung ganz oder teilweise gelöst werden kann, so dass sich der Querschnitt des Kunststoffbeutels an dieser Stelle wieder vergrößert und das polykristalline Silicium von dieser Stelle in vertikaler Richtung im Kunststoffbeutel sich weiter nach unten bewegen kann.
  • Es hat sich gezeigt, dass der während des Verpackens neu entstehende Feinanteil deutlich niedriger als bei herkömmlichen automatischen Verpackungsverfahren ist. Beispielsweise beträgt der Feinanteil für Bruchgröße 20-60 mm 1400 ppmw oder weniger.
  • Die Erfindung geht aus von Siliciumbruchstücken von bestimmten Größenklassen, die durch Zerkleinern eines mittels des Siemensprozess abgeschiedenen Stabs und nachfolgendem Sortieren und Klassifizieren erzeugt wurde.
  • Die Größenklasse ist als längste Entfernung zweier Punkte auf der Oberfläche eines Siliciumbruchstücks (=max. Länge) definiert:
    • Bruchgröße 0 [mm] 1 bis 5
    • Bruchgröße 1 [mm] 4 bis 15
    • Bruchgröße 2 [mm] 10 bis 40
  • Neben den zuvor erwähnten Größenklassen ist die Klassifizierung und Sortierung von polykristallinem Silicium in folgende Bruchgrößen ebenfalls üblich:
    • Bruchgröße 3 [mm] 20 bis 60
    • Bruchgröße 4 [mm] 45 bis 120
    • Bruchgröße 5 [mm] 90 bis 200
  • Dabei liegen jeweils mindestens 90 Gew.-% der Bruchfraktion innerhalb der genannten Größenbereiche.
  • Die Polysiliciumbruchstücke werden über eine Förderrinne transportiert und mittels wenigstens eines Siebs in grobe und feine Bruchstücke getrennt.
  • Anders als im Stand der Technik, wo die Bruchstücke mittels einer Dosierwaage abgewogen und auf ein Zielgewicht dosiert, anschließend über eine Abführrinne abgeführt und zu einer Verpackungseinheit transportiert und verpackt wurden, erfolgen im erfindungsgemäßen Verfahren Dosierung und Verpackung in einem Schritt.
  • Das Dosiersystem ist so gestaltet, dass Feinanteil, also feinste Partikel und Absplitterungen des Polysiliciums, vor dem Einfüllvorgang mittels Sieben entfernt werden. Beim Sieb kann es sich um eine Lochplatte, ein Stangensieb, eine optopneumatische Sortierung oder eine andere geeignete Vorrichtung handeln. Je nach Bruchgröße können unterschiedliche Siebe zum Einsatz kommen. Für Bruchgrößen von 20 bis 60 mm werden vorzugsweise Siebe mit einer Siebweite von 3 mm eingesetzt. Bei Bruchgrößen 45 bis 120 mm werden vorzugsweise Siebe mit einer Siebweite von 9 mm eingesetzt.
  • Vorzugsweise umfassen die verwendeten Siebe an ihren Oberflächen wenigstens teilweise einen kontaminationsarmen Werkstoff wie z.B. ein Hartmetall. 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.
  • Vorzugsweise umfassen zumindest die mechanisch beanspruchten, verschleißempfindlichen Oberflächenbereiche von Sieben Hartmetall oder Keramik/Carbide. Vorzugsweise ist wenigstens ein Sieb komplett aus Hartmetall gefertigt. Sie 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.
    Das Einbringen des Polysiliciumbruchs in den Kunststoffbeutel erfolgt mittels einer Dosiereinheit, 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.
    Durch Trennung des Produktstroms in Grob- und Feinteile ist ein exakteres Dosieren des Polysiliciums möglich.
    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 1 bis 200 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 und verpackt werden.
    Durch den Transport des Polysiliciums auf den Förderinnen entstehen erneut unerwünschte Produktgrößen. Diese werden im Dosiersystem mittels eines Siebs abgetrennt.
  • Die abgeführten kleineren Bruchstücke werden in nach gelagerten Prozessen erneut klassifiziert, dosiert und verpackt oder einer anderen Verwendung zugeführt.
  • Die Dosierung des Polysiliciums über die beiden Dosierrinnen lässt sich automatisieren.
  • Es ist auch bevorzugt, über eine geregelte Schwenkrinne den Silicium-Produktstrom auf mehrere integrierte Dosier- und Verpackungssysteme aufzuteilen.
  • Das polykristalline Silicium wird vom Dosiersystem direkt in den Kunststoffbeutel, insbesondere einen PE-Beutel, gefüllt und vorzugsweise zusammen mit der Verpackung und einem Greifersystem verwogen. Das Wiegesystem basiert auf dem System einer Bruttowaage.
  • Die Klemmvorrichtung dient dazu, den Beutel während des Befüllens zusammenzudrücken. Damit kann das polykristalline Silicium nicht über die gesamte Beutellänge fallen. Die Klemmvorrichtung dient als eine Art Fallbremse, die gegen den Kunststoffbeutel gedrückt wird, wodurch der Querschnitt des Kunststoffbeutels zunächst reduziert und dann kontrolliert freigegeben wird.
  • Damit lässt sich der Produktstrom kontrollieren und es wird ein Einfüllen des Siliciums in den vorgefertigten Beutel erreicht, bei dem nur wenig Feinanteil erzeugt wird.
  • Die Abtrennung von Feinanteil erfolgt über Dosierrinnen, an deren Ende Abtrennmechanismen, insbesondere Stangensiebe, angebracht sind, welche die Abtrennung des Feinanteils bewerkstelligen.
  • Vorzugsweise öffnet sich die wenigstens eine Klemmvorrichtung, wenn eine bestimmte Füllhöhe und ein bestimmtes Gewicht an polykristallinem Silicium im Beutel erreicht sind.
  • Durch die Erfindung ist es möglich, den Produktstrom feinanteilfrei zum Beutel zu führen. Dies wird mit kontaminationsarmen Sieben am Dosiersystem bewerkstelligt. Über eine gezielte Anordnung der Dosierrinnen (zusätzliche Feindosierrinne) ist es möglich, den Produktstrom möglichst nah an den geöffneten Beutel heranzuführen. Damit kann der Materialstrom mit geringstmöglicher Fallhöhe in den Beutel gefüllt werden. Vorzugsweise erfolgt die Befüllung über einen Einlauftrichter. Der Einlauftrichter besteht vorzugsweise aus einem für Silicium kontaminationsarmen Material.
  • Durch geeignete Sensorik wird dabei die sich während des Befüllvorgangs weiter reduzierende Fallhöhe erfasst.
  • Sobald eine Fallhöhe von nahezu 0 mm erreicht ist, kann die Produktklemmung gelöst werden, so dass das Material bis zur nächsten Klemmung oder dem Beutelboden nach unten sackt.
  • Vorzugsweise werden Dämpfungs-Speicherelemente in den Produktstrom eingeschwenkt. Diese sind vorzugsweise aus einem kontaminationsarmen Material gefertigt oder mit einem solchen beschichtet. Diese Elemente bewerkstelligen einen gewissen Dämpfungseffekt in Bezug auf den Produktstrom, absorbieren Energie und füllen sich mit polykristallinem Silicium. Nach einer partiellen Befüllung des Kunststoffbeutels werden sie entleert und wieder aus dem Produktstrom entfernt. Dies ist einerseits zum Erreichen der Taktrate und andererseits zur weiteren Reduzierung der Fallhöhe wünschenswert.
  • Vorzugsweise werden die Polysiliciumbruchstücke vor dem Dosiervorgang noch durch eine Kamera erfasst, dabei wird das spezifische Gewicht der Bruchstücke ermittelt und weiterhin die Oberflächenbeschaffenheit der Bruchstücke erkannt.
  • Dies ermöglicht einen noch exakteren sowie einen beutelschonenden Verpackungsprozess.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Verpacken von polykristallinem Silicium, das in Form von Bruchstücken vorliegt, umfassend folgende Schritte
    - Bereitstellen von polykristallinem Silicium in einem Dosiersystem umfassend eine Förderrinne zum Befördern des polykristallinen Siliciums sowie Dosierrinnen, umfassend eine Grobdosierrinne für grobe Bruchstücke und eine Feindosierrinne für feine Bruchstücke, an deren Ende ein Abtrennmechanismus zum Absieben von Feinanteil angebracht ist;
    - Einfüllen von polykristallinem Silicium aus den Dosierrinnen des Dosiersystems, durch welches Feinanteil mittels Sieben abgetrennt wird, direkt in einen unter dem Dosiersystem angeordneten Kunststoffbeutel, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einfüllens das Gewicht des Kunststoffbeutels mit dem eingefüllten polykristallinen Silicium bestimmt und nach dem Erreichen eines Zielgewichts der Einfüllvorgang beendet wird;
    wobei während des gesamten Einfüllvorgangs eine Fallhöhe des polykristallinen Siliciums von Dosiersystem in Kunststoffbeutel mittels wenigstens einer Klemmvorrichtung bei weniger als 450 mm gehalten wird, wobei die Klemmvorrichtung so gestaltet ist, dass der Kunststoffbeutel während des Befüllens zusammengedrückt wird, wodurch der Querschnitt des Kunststoffbeutels zunächst reduziert und dann kontrolliert freigegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei über die Länge des Kunststoffbeutels mehrere derartiger Klemmvorrichtungen vorgesehen sind, die bei zunehmender Befüllung des Kunststoffbeutels nach und nach gelöst werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das polykristalline Silicium über einen Einlauftrichter in den Kunststoffbeutel gefüllt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Dämpfungs- und Speicherelemente in einen Strom von Polysilicium zwischen Dosiersystem und Kunststoffbeutel eingeschwenkt werden, sich mit Bruchstücken füllen und nach einem bestimmten Füllgrad des Kunststoffbeutels entleert und wieder entfernt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei vor der Dosierung das polykristalline Silicium mittels einer Kamera erfasst wird, wobei ein spezifisches Gewicht und eine Oberflächenbeschaffenheit des polykristallinen Siliciums bestimmt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei während des gesamten Einfüllvorgangs eine Fallhöhe des polykristallinen Siliciums von Dosiersystem in Kunststoffbeutel mittels wenigstens einer Klemmvorrichtung bei weniger als 300 mm gehalten wird.
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