TW201632439A - 在輸送槽中對粒狀多晶矽進行輸送及分級 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種藉由輸送槽的水平及／或垂直運動對粒狀多晶矽進行輸送與分級的方法，其中該輸送槽外表被完全包封，並且經由電磁場激發至少一個連接至該輸送槽的永磁體使該輸送槽橫移運動，從而使粒狀多晶矽向前移動，其中該電磁場係從外部施加在該被包封的輸送槽上，該輸送槽將該粒狀多晶矽分成二個或更多個級分，其中該輸送槽包含至少二個排放口，由此可取出粒狀多晶矽的二個或更多個級分。

Description

在輸送槽中對粒狀多晶矽進行輸送及分級

本發明提供了在一輸送槽中對粒狀多晶矽進行輸送及分級。

粒狀多晶體矽（granular polycrystalline silicon）或簡稱粒狀多晶矽（granular polysilicon）在一流化床反應器中被生產。其係藉由在一流化床中使用一氣體流流化矽顆粒，並使用一加熱設備將該床加熱至高溫來完成。含矽反應氣體的添加導致在該熱顆粒表面的熱解反應。於矽顆粒上之沉積元素矽及各個顆粒的直徑增大。有規律地取出直徑已生長的顆粒並且加入相對較小的矽顆粒作為晶種顆粒使得該方法能夠使用所有相關的有利條件以連續方式操作。可用的含矽反應氣體係矽－鹵素化合物（例如氯矽烷或溴矽烷）、單矽烷（SiH₄ ）及這些氣體與氫氣的混合物。

在流化床反應器中以一持續的方法生產粒狀多晶矽需要將矽材料以連續或以規則的間隔計量加入反應器中，同時從反應器取出已充分生長的顆粒至別處。

US2011／0024266 A1揭露一種利用輸送設備的水平及／或垂直運動輸送粒狀多晶矽的方法，該輸送設備外表被完全包封，且經由電磁場激發至少一個安裝在該輸送設備上的永磁體使該輸送設備橫移運動，從而使顆粒向前移動，其中該電磁場從外部施加在該被包封的該設備上。

不同於利用振動馬達激發的輸送槽，經包封的輸送設備的振動運動係藉由外部交變電磁場激發的永磁體的橫移運動實現。因此，該輸送設備外表可被完全包封在一外殼內，並且不需要用於供電線路或者壓縮空氣線路的套管。

該輸送設備包含至少二種外部連接選擇，較佳地在輸送槽的每一側均設置一個作為入口及排放口。為了使該輸送設備以壓力密封的方式連接至導管、反應器或用於儲存粒狀多晶矽的容器，此連接較佳地為端口或凸緣形式。

通常，自流化床反應器之最初具有一寬細微性分佈的粒狀多晶矽通過如此包封的輸送槽運輸至取出區，其於該處被裝入至一運輸容器中。

在運輸容器中，然後將粒狀多晶矽運輸到篩分機，利用篩分機將粒狀多晶矽分成二個或更多個級分。隨後可在磨機中將最小的篩分級分（篩下物）處理成晶種顆粒並加入至反應器中。篩分目標級分則通常包裝並運輸給客戶。

篩分機一般係指用於篩分的機器，即，用於根據粒徑分離固體混合物的機器。

平面振動篩分機及搖動篩分機之運動特性係不同的。

篩分機通常藉由電磁構件或不平衡馬達或驅動器所驅動。

篩網組合（screen pack）的運動在該篩網縱向方向上輸送所加入的材料，並促使精細級分（如篩下物）通過篩孔。

與平面振動篩分機不同，搖動篩分機使垂直以及水平篩分加速實現。

在搖動篩分機中，垂直搖動運動與輕柔的旋轉運動結合。其效果為，樣品材料被分佈在篩網組合的全部區域，而顆粒同時經歷垂直加速（被向上拋出）。顆粒可在空中進行自由旋轉，在落下至篩網時與篩網布的網眼相比較，如果顆粒小於網眼，其穿過篩網，如果顆粒大於網眼，其被再次向上拋出。旋轉運動確保該顆粒在下一次碰撞篩網布時具有不同的方向，因此最終可穿過篩孔。

在平面篩分機中，篩分塔在一平面上進行水平盤旋運動。其結果是，顆粒在大多數情況下在篩網布上保持其方向。平面篩分機係較佳地用於針狀、片狀、細長或纖維狀篩分的材料，其中將樣品材料向上拋不一定係有利的。

一種特殊的類型為多層篩分機（multideck screening machine），其可同時對多種粒徑進行分級。這些設計用於在中粒徑至超細粒徑範圍中進行多種清晰分離（sharp separations）。

多層平面篩分機的驅動原理是基於在相反的方向上運行以產生一線性振動的二個不平衡馬達。所篩分的材料以直線在水平分離表面上方運動。該機器以低振動加速度運行。

構建塊系統可用於將多個篩板組裝成篩網堆疊（screen stack）。因此，在需要時，可以在單一機器中產生不同的粒徑，而不需要改變篩網組合。通過多次重複相同的篩板序列，可以使篩分的材料用到大量的篩網面積。

US 8021483 B2揭露一種用於分選多晶矽片的設備，其包含一振動馬達組件及安裝至該振動馬達組件的一步進板分級器（step deck classifier）。該振動馬達組件確保矽片在包含凹槽的第一板上方移動。在流化床區域中，藉由空氣流使塵埃通過多孔板而被移除。在第一板的異形區域（profiled region）中，矽片沉入凹槽的波谷（troughs）中或留在凹槽的波峰的頂部上。在第一板的末端，小於縫隙的矽片通過該縫隙落至一傳送帶上。較大的矽片穿過該縫隙並落在該第二板上。

US 7959008 B2請求保護一種藉由較佳地沿著從一振動單元發出的第一篩網表面輸送粒狀物而從包含第一顆粒及第二顆粒的粒狀物中篩分出第一顆粒的方法，其中該第一顆粒的長徑比為a1，a1＞ n：1且n = 2、3、＞ 3，尤其是a1＞ 3：1，並且第二顆粒的尺寸使得其落下通過第一篩網表面的網眼，其中係沿著篩網表面在該表面與沿篩網表面延伸之一蓋子之間輸送該顆粒物，並且該蓋子使第一顆粒與其沿著該篩網表面延伸的縱軸對齊，其中各第一顆粒的縱向延伸大於形成第一篩網表面的篩網的網眼寬度，且第二顆粒的縱向延伸等於或小於該網眼寬度。

此處的缺點在於，在將粒狀多晶矽分成二個或更多個級分前，需要運輸及傾倒該粒狀多晶矽。其需要操作人員進行大量的處理工作。此外，運輸及傾倒操作更代表著對粒狀多晶矽的顯著污染來源。此外，必要的篩分設備、傾倒站及運輸容器的資本成本，特別是大的生產設備的必要冗餘水平的資本成本係相對較高。

由該問題產生了本發明所要實現的目的。

藉由以下方法實現了本發明的目的：一種藉由一輸送槽的水平及／或垂直運動對粒狀多晶矽進行輸送及分級的方法，其中該輸送槽外表被完全包封，並且經由電磁場激發至少一個連接至該輸送槽的永磁體使該輸送槽橫移運動，從而使粒狀多晶矽向前移動，其中該電磁場係從外部施加在該被包封的輸送槽上，該輸送槽將該粒狀多晶矽分成二個或更多個級分，其中該輸送槽包含至少二個排放口，由此可取出粒狀多晶矽的二個或更多個級分。

本發明進一步涉及一種用於對多晶矽進行輸送及分級的設備，其包含： 一壓力密封的基底結構， 一設置在該基底結構中的可移動地安裝的外表被完全包封的輸送槽， 一連接至該輸送槽的永磁體， 一用於產生電磁場的線圈，其設置在該輸送槽外部，並適合用於激發連接至該輸送槽的該永磁體，從而將該永磁體及該輸送槽設置成一橫移運動，該設備包含用於將粒狀多晶矽分成二個或更多個級分的元件，其中存在用於取出粒狀多晶矽的二個或更多個級分之至少二個排放口。

不同於先前技術，在還留在輸送槽中時從流化床反應器取出的粒狀多晶矽就已分級為理想的級分。

該輸送槽可包含對粒狀多晶矽進行分級的一個或多個篩板。通過篩板篩分出粒狀多晶矽的一個級分並到達第一排放口，通過第一排放口取出。第二級分未被篩分出，而仍保留在篩板上，並到達第二排放口，通過第二排放口取出，或者到達第二篩板，通過第二篩板進行進一步分級。

在另一個實施態樣中，該輸送槽在一排放口附近包含多個開口，其中透過該等開口篩分出粒狀多晶矽的一個級分，並經由該排放口取出。

第二級分保留在輸送槽上，並到達第二排放口，通過第二排放口取出。

可選擇地，該輸送槽包含另一區域，該區域同樣在一第二排放口附近包含多個開口，通過該開口篩分出該第二級分，並通過該第二排放口取出，第三級分保留在輸送槽上，且例如是被移動至一第三排放口，並通過該第三排放口取出。

具有多個開口的該處區域可藉由機械或鐳射處理併入至該輸送槽。

根據本發明的方法克服了先前技術的缺點。不再需要在輸送設備外部進行附加篩分，因此也不需要運輸至外部篩分設備。此顯著地減少了處理工作，並避免沿產品線的污染源。此外，本發明還有助於顯著地節省用於粒狀多晶矽的新生產設備的採購，因為即使不是全部也至少部分地省去了用於傾倒站及用於運輸容器的外部篩分機的資本成本。

該輸送及分級設備包含一壓力密封的基底結構及一輸送槽。

較佳地，輸送槽係牢固地連接到基底結構並可移動地安裝在其中。可以經由彈簧或撓性固定環（flexible retaining ring）進行安裝。

線圈用來產生一設定永磁體的電磁場，該永磁體較佳設置在直接耦接到輸送槽的一外殼中，設成橫移運動，從而也將輸送槽設成振動。

關於輸送設備的較佳實施態樣，以引用的方式將US2011／0024266 A1的全部內容併入本文參考。

粒狀多晶矽通過輸送槽的流率較佳藉由線圈之交變電磁場的振幅（線圈電流）及頻率的調製作為類似參數來調整（例如，經由一變頻器）。將頻率調諧至所涉及的特定安裝中的輸送槽的固有頻率。可經由適當的磁體材料之選擇、腔直徑的尺寸設置、內部輸送槽的傾斜及永磁體的尺寸來界定不同應用的操作範圍。

磁體的激發較佳係使用一單相磁場來實現。 較佳為0.1至1000Hz的可變頻率，特別較佳為5至100Hz的可變頻率。較佳根據安裝條件將頻率調諧至共振。例如可以使用一變頻器來實現調諧。該橫移運動的頻率對應於該激發場的頻率。

為了調節所需的通過輸送槽的流速，該電流振幅可連續變化。此較佳在從0.1至100A之間的範圍內進行，特別較佳在0.1至5 A範圍內進行。場強是所用的安匝數的函數，並隨著選擇用於所需輸送速率的電流強度而變化。

位於輸送槽中的粒狀多晶矽顆粒被輸送到排放口以實現二個或更多個級分之分離。存在至少二個排放口。通過第一排放口從輸送設備取出粒狀多晶矽的第一級分，並通過第二排放口從輸送設備取出粒狀多晶矽的第二級分。在一個實施態樣中，輸送槽包含一個或多個篩板。

此篩板可以例如是在由塑膠材料（例如聚丙烯、聚氨酯、聚乙烯或聚醯胺）或經塗覆或未經塗覆之金屬所製成之篩框上拉伸之由塑膠材料（例如聚乙烯、聚醯胺或聚氨酯）製成的篩網。用於篩框的其他可選材料包括高純度材料，例如石英或矽。

在一個實施態樣中，篩板係塑膠材料（例如聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯或聚醯胺）或經塗覆或未經塗覆之金屬的固體片，其包含對應於所需級分的機械地或鐳射鑽孔的鑽孔。該固體片也可選擇由高純度材料例如石英或矽製成。

經由在輸送槽的側面的滑動槽（slide-in slots）或滑動托架（slide-in brackets）、經由焊接點或藉由透過熱或機械按壓的配合，來將篩板固定在輸送槽內。

在進一步的實施態樣中，輸送槽的底面在一排放口附近包含對應於所需級分的多個孔或鑽孔。藉由孔及鑽孔篩出粒狀多晶矽的一個級分，並到達第一排放口。可用於輸送槽的材料包括塑膠材料，例如聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯或聚醯胺，經塗覆或未經塗覆的金屬材料，以及高純度的材料，例如石英或矽。

藉由使用多於二個篩板及相應數量的額外的排放口，可將粒狀多晶矽分離成二個以上的級分。

輸送槽可以同樣地在排放口側包含多個具有不同孔尺寸的局部區域，從而藉由相應數量的額外排放口之提供，該實施方案可以將粒狀多晶矽分離成二個以上的級分。

舉例而言，如果需要分離成四個級分，該設備包含三個篩板及四個排放口或包含具有三個孔區域及四個排放口的一輸送槽。

結合根據本發明的方法的上述實施態樣所提到的特徵可以相應地用於根據本發明的設備。反之，結合根據本發明的設備的上述實施態樣所提到的特徵可以相應地用於根據本發明的方法。在對附圖與請求項的說明中闡述了根據本發明的實施態樣的這些及其他特徵。各個特徵可以單獨實現或組合作為本發明的實施態樣。該等特徵可進一步描述適用於保護其自身權利的有利實施方式。

圖1顯示包含壓力密封的基底結構1（例如由金屬製成）及輸送槽2的輸送及分級設備，輸送槽2經由補償器3牢固地與基底結構1連接，並且經由彈簧7被可移動地且彈性地安裝在基底結構1中。

激發線圈6產生外部電磁場，其將位於與輸送槽2直接連接的外殼5中的強永磁體4設置為橫移運動，從而也將輸送槽2設置成振動並將位於其中的粒狀多晶矽顆粒從顆粒進料器8運輸至顆粒排放口9及10。

該輸送槽2包含一篩板11，從而在該輸送槽2中對該粒狀多晶矽進行分級，並通過二個顆粒排放口9及10取出。

圖2與圖1不同，區別在於其沒有篩板，而輸送槽2的底面包含在顆粒排放口9的區域中的開口12。選擇開口12的尺寸，以對應於待篩分出的級分。

比較實施例

在用於製備粒狀多晶矽的流化床反應器的取出系統中，經由輸送槽將粒徑分佈為 100至10000微米的產品輸送入緩衝容器中，在緩衝容器中將其裝入運輸容器中。

隨後在塑膠容器中將該產品運輸至外部篩分設備。 到達後，將該運輸容器停靠並傾倒入篩分儲存容器中。

在該篩分設備中，將產品分離成三個目標顆粒級分（D90值為500微米、2000微米、6000微米）並裝入不同的產品容器中。

這些步驟需要大量的處理工作並存在污染高純度的粒狀多晶矽的風險。

實施例

在用於製備粒狀多晶矽的流化床反應器的取出系統中，將粒徑分佈為 100至10000微米的產品送入輸送槽中，並且在一輸送槽中將該產品分離成三個目標顆粒級分（D90值為500微米、2000微米、6000微米）並裝入不同的產品容器中。

處理工作顯著地減少。傾倒及運輸步驟之省去將污染高純度粒狀多晶矽的風險最小化。

以上對示例性實施態樣的描述應理解為是示例性的。其公開內容使本領域技術人員能夠理解本發明及與其相關的優點，也包括對本領域技術人員來說顯而易見的對所描述結構及方法的改變及修改。因此，申請專利範圍的保護範圍覆蓋所有這樣的變化及修改以及等同物。

1‧‧‧基底結構
2‧‧‧輸送槽
3‧‧‧補償器
4‧‧‧永磁體
5‧‧‧外殼
6‧‧‧激發線圈（exciter coil）
7‧‧‧彈簧
8‧‧‧顆粒進料
9‧‧‧第一顆粒排放口
10‧‧‧第二顆粒排放口
11‧‧‧篩板
12‧‧‧開口

圖1顯示一在輸送槽內包含一篩板的輸送及分級設備。

圖2顯示一輸送及分級設備，其中該輸送槽包含開口，通過該開口可篩分出粒狀多晶矽的一個級分。

：無。

：無。

1‧‧‧基底結構

2‧‧‧輸送槽

3‧‧‧補償器

4‧‧‧永磁體

5‧‧‧外殼

6‧‧‧激發線圈(exciter coil)

7‧‧‧彈簧

8‧‧‧顆粒進料

9‧‧‧第一顆粒排放口

10‧‧‧第二顆粒排放口

12‧‧‧開口

Claims (9)

1. 一種藉由輸送槽的水平及／或垂直運動對粒狀多晶矽進行輸送與分級的方法，其中該輸送槽外表被完全包封，並且經由電磁場激發至少一個連接至該輸送槽的永磁體使該輸送槽橫移運動（swaying motion）橫移運動，從而使粒狀多晶矽向前移動，其中該電磁場係從外部施加在該被包封的輸送槽上，該輸送槽將該粒狀多晶矽分成二個或更多個級分，其中該輸送槽包含至少二個排放口，由此可取出粒狀多晶矽的二個或更多個級分。
2. 如請求項1所述的方法，其中經由併入至該輸送槽中的一個或多個篩板，將粒狀多晶矽分級成二個或更多個級分。
3. 如請求項1所述的方法，其中該輸送槽在一排放口附近包含多個開口，其中透過該等開口篩分出粒狀多晶矽的一個級分，並經由該排放口取出。
4. 一種對粒狀多晶矽進行輸送及分級的設備，其包含一壓力密封的基底結構、一設置在該基底結構中的可移動地安裝的外表被完全包封的輸送槽、一連接至該輸送槽的永磁體、一用於產生電磁場的線圈，該線圈設置在該輸送槽外面，並適合用於激發連接至該輸送槽的該永磁體，從而將該永磁體及該輸送槽設置成橫移運動橫移運動，該設備包含用於將粒狀多晶矽分成二個或更多個級分的元件，其中存在至少二個排放口，用於取出粒狀多晶矽的二個或更多個級分。
5. 如請求項4所述的設備，其中該輸送槽包含一個或多個篩板以對粒狀多晶矽進行分級。
6. 如請求項5所述的設備，其中該篩板包含由塑膠製成的篩網，以及由塑膠、金屬、矽或石英製成的篩框。
7. 如請求項5所述的設備，其中該篩板是包含鑽孔的塑膠固體片、金屬固體片、矽固體片或石英固體片。
8. 如請求項5至7中任一項所述的設備，其中經由在該輸送槽的側面的滑動槽或滑動托架、經由焊接點或藉由透過熱或機械按壓的配合，來將篩板固定在該輸送槽內。
9. 如請求項4所述的設備，其中該輸送槽在至少一個排放口附近包含多個開口，其中透過該等開口篩分出粒狀多晶矽的一個級分，並經由該排放口取出。