粉狀物料分級裝置的研究與應(yīng)用

劉強 陳五奎 馮加保 耿榮軍

摘 要：多線切割技術(shù)是目前最廣泛的硅片切割技術(shù)，與其他技術(shù)相比具有效率高，產(chǎn)能高，精度高等優(yōu)點，然而傳統(tǒng)的多線切割技術(shù)通常是用三體磨損原理的砂漿切割方式，其砂漿由聚乙二醇及一定目數(shù)（1500/1800/2000）的碳化硅配比而成，切割過程不僅使碳化硅顆粒有不同程度的磨損，且最終與切割過程產(chǎn)生的硅粉混在一起形成廢液，廢液無法直接重復(fù)利用，亦不能直接外排，存在資源浪費、環(huán)境污染等問題，基于此探索一種環(huán)保循環(huán)經(jīng)濟模式，設(shè)計出能滿足生產(chǎn)需求的碳化硅分級裝置，實現(xiàn)對類似粉狀物料的的分級應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：粉狀物料；分級裝置

硅片是半導(dǎo)體和光伏領(lǐng)域的主要生產(chǎn)材料，其傳統(tǒng)的硅片多線切割技術(shù)原理是通過一根高速運動的鋼線帶動附著在鋼絲上的切割液對硅棒進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到切割效果，在整個過程中，鋼線通過線輥的引導(dǎo)，在線輥上形成一張線網(wǎng)，而待加工工件通過工作臺的下降實現(xiàn)工件的進(jìn)給。它不同于傳統(tǒng)的刀鋸片、砂輪片等切割方式，也不同于先進(jìn)的激光切割和內(nèi)圓切割，然而此種切割方式砂漿不可避免的與切割硅粉混在一起，最后形成切割廢液。

目前，對于切割廢液的處理方法通常采用以下的方式：首先，對切割廢液進(jìn)行固液分離，即將切割廢液中的聚乙二醇液體與碳化硅顆粒、硅粉顆粒分離，得到聚乙二醇液體和混合有硅粉的碳化硅固體，分離出的聚乙二醇液體經(jīng)過進(jìn)一步加工后可再次作為原料配制成切割液重復(fù)利用；接著，對分離出來的混合有硅粉的碳化硅進(jìn)行分級處理，去除目數(shù)目標(biāo)要求的超細(xì)碳化硅，剩余的目數(shù)較小的碳化硅可配成新的切割液繼續(xù)使用，由于碳化硅和硅粉的密度相差不大，因此，不論是剩余的碳化硅還是分離出去的超細(xì)碳化硅中都含有硅粉；最后，將分離出來的數(shù)目較大的混合有硅粉的超細(xì)碳化硅經(jīng)過化學(xué)處理后排放掉。

然而對于粉狀物料的分級處理主要采用氣力分級的方式，即利用高壓氣體沖刷不同目數(shù)的粉狀物料，由于不同目數(shù)的粉狀物料顆粒重量各不相同，因此，在同樣的風(fēng)力作用下不同目數(shù)的粉狀物料會堆積在不同位置，實現(xiàn)粉狀物料的分級，雖然這種方式也能夠?qū)崿F(xiàn)粉狀物料的分級，但是，由于不同目數(shù)的粉狀物料顆粒的重量相差不大，在高速氣流的沖刷下，不同目數(shù)的粉狀物料顆粒還是會混在一起，分級效果較差。因此設(shè)計分級效果較好的分級裝置，有利于滿足不同生產(chǎn)的需求，將進(jìn)一步體現(xiàn)環(huán)保的價值和理念，為光伏產(chǎn)業(yè)健康的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、粉狀物料分級裝置的設(shè)計

圖中標(biāo)記說明：1、空氣加熱裝置 102、柱狀殼體 103、蓋板 104、錐形殼體 105、加熱管 2、第一級分離裝置 3、第二級分離裝置 304、第一可拆卸式堵頭 4、第三級分離裝置 404、第二可拆卸式堵頭 5、第四級分離裝置 504、第三可拆卸式堵頭 6、粉塵回收裝置 604、第四可拆卸式堵頭

圖中標(biāo)記說明：204、第一旋轉(zhuǎn)軸 205、第二旋轉(zhuǎn)軸 206、驅(qū)動輪 207、第一轉(zhuǎn)盤 208、第一葉片 209、排料孔 210、反向器 211、第二轉(zhuǎn)盤 212、第二葉片

如圖1、2、3所示，該設(shè)計用于粉狀物料的分級裝置包括加熱裝置、第一級分離裝置、第二級分離裝置、第三級分離裝置、第四級分離裝置、粉塵回收裝置，實驗以碳化硅分級為例。

二、實驗結(jié)果及分析

通過控制各電機轉(zhuǎn)動頻率對回收待分級碳化硅（圖4）經(jīng)過上述設(shè)備進(jìn)行兩次分級實驗，第一次得到所需的1500目碳化硅（圖5），第二次得到所需的1800目碳化硅（圖6），并對其進(jìn)行分析檢測。

對1500目碳化硅用電阻法顆粒計數(shù)器進(jìn)行粒度測試，分析表明：1500目測試結(jié)果為D3=13.51，D50=7.6，D94=4.87（圖7），能夠達(dá)到目數(shù)要求。

對1800目碳化硅用電阻法顆粒計數(shù)器進(jìn)行粒度測試，分析表明：1800目測試結(jié)果為D3=10.75，D50=6.78，D94=4.21（圖8），能夠達(dá)到目數(shù)要求。

對1500目、1800目碳化硅分別用電鏡掃描進(jìn)行粒度大小測試，分析表明：粒度大小平均在5～7微米，與“目數(shù)與微米對照表”對比，符合15002000目。

綜上分析表明：此裝置根據(jù)工藝控制可分級到適合生產(chǎn)需求的碳化硅目數(shù)，更為關(guān)鍵的是環(huán)保的提升了其利用價值，大幅降低生產(chǎn)成本，同時防范了企業(yè)的環(huán)保風(fēng)險和減少排廢的處理成本。

三、結(jié)論

以碳化硅分級為實驗例證，充分說明該分級裝置可以實現(xiàn)四級分離，通過四級分離，可以精確得到不同目數(shù)的顆粒，其分級效果好，可以滿足生產(chǎn)中不同的需求，不僅較少了環(huán)境污染，還提高了經(jīng)濟利用價值，符合環(huán)保循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展理念，同時還可以適用于類似粉狀物料加工技術(shù)領(lǐng)域，如石英砂精選等，其推廣應(yīng)用意義重大。

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作者簡介：劉強（1982），男，漢族，山東人，碩士，工程師，深圳市拓日新能源科技股份有限公司總經(jīng)理，主要從事太陽能光伏發(fā)電、太陽能光熱應(yīng)用及新能源材料研究。