中國粉體網(wǎng)訊 當(dāng)前，在光伏多晶硅原料的生產(chǎn)行業(yè)中，大多采用的是改良西門子法生產(chǎn)工藝，改良西門子法主要涉及5個環(huán)節(jié)，提純以及尾氣回收、其他氫化物的分離、硅合成、還原等技術(shù)，經(jīng)過改良之后的方法具備安全性，能夠制備高純度的多晶硅，和其他方法相比，轉(zhuǎn)換率最高。
改良西門子法（SiHCl3法）工藝流程簡圖
該方法機(jī)理即1050℃情況下基于氫氣還原硅芯內(nèi)的三氯氫硅，得到多晶硅以及逐步沉淀于硅芯之中。這一策略基于西門子企業(yè)推出的鐘罩形式的還原爐為中心，又被稱為化學(xué)氣相產(chǎn)品法（CVD）還原爐。其原理是，先是以三氯氫硅作為原料氣，三氯氫硅的熱分解會直接產(chǎn)生硅單質(zhì)元素，然后硅元素會不斷沉積在強(qiáng)大的吸附力上，逐漸在硅芯上慢慢成長為最終的成品硅棒。根據(jù)CPIA統(tǒng)計，2020年西門子改良法生產(chǎn)的棒狀原料硅已經(jīng)占到全國硅料總產(chǎn)量的97.2%之多。
在改進(jìn)的西門子法多晶硅制造工藝中，多晶硅于爐子內(nèi)反應(yīng)由此產(chǎn)生U形的硅棒。一個硅棒規(guī)格往往長度達(dá)到250公分，直徑則為130±20毫米左右，質(zhì)量達(dá)到270公斤。自爐子內(nèi)取出硅原料，通常要經(jīng)過破碎過程，最終才能形成硅材料包裝成品。
U型多晶硅棒
待破碎的多晶硅棒
初步破碎后的多晶硅
多晶硅棒破碎是多晶硅后處理工序中相對獨(dú)立的環(huán)節(jié)，將其破碎成塊狀或較小的結(jié)構(gòu)，其主要目的就是將硅原料棒加工成下游廠家生產(chǎn)所需要規(guī)格的塊狀硅體商品。工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的多晶硅產(chǎn)品通常為塊狀。商業(yè)產(chǎn)品中，一般會把多晶硅產(chǎn)品制作成5kg和30kg包裝袋規(guī)格，一些特殊領(lǐng)域?qū)τ诟呔裙璧募兌纫蠓浅Ｖ�，甚至要求達(dá)到99.99999％以上高純度標(biāo)準(zhǔn)。
多晶硅產(chǎn)品粒度分布
目前多晶硅加工的方法主要有人工破碎法、熱淬破碎法、機(jī)械破碎法、高壓脈沖放電技術(shù)破碎法。
人工破碎
人工破碎就是借助輔助工具直接通過人力將硅棒進(jìn)行敲碎，從而實(shí)現(xiàn)硅棒的碎裂粒度需求。通常情況下，人們會使用含特殊物質(zhì)的碳化鎢錘以及合金錘等形式敲碎多晶硅棒。這里的破碎是由破碎錘快速下落接觸多晶硅棒的一瞬間，對其施加的沖擊力而帶來的硅棒碎裂。
人工破碎法的缺點(diǎn)：破碎錘價格昂貴，破碎的硅粒易產(chǎn)生破碎的硅粉末，一般的操作環(huán)境不能有效保證多晶硅顆粒的純度，人工碎裂效率不高，作業(yè)強(qiáng)度較大，同時存在大量粉塵等情況，粉碎過程中的操作員很容易吸入粉塵。此外，很容易對工人造成傷害，員工環(huán)境條件受到制約，產(chǎn)量滿足不了日益發(fā)展的需要。
熱淬碎法
熱淬碎法是將硅原料棒置于加熱爐中，根據(jù)熱脹冷縮的原理改變晶體之間的結(jié)合力，先在600~700℃的高溫環(huán)境下對其進(jìn)行加熱，然后立即將其取出并放入水中，通過快速浸泡在冷水中造成硅棒的主體上形成裂紋，然后再手動輕輕敲擊它，以達(dá)到折斷破碎硅棒的目的。
熱淬破碎法缺點(diǎn)：代價較高，需要考慮加熱方法、加熱溫度，需要額外增加保護(hù)氣體等。
機(jī)械粉碎法
機(jī)械破碎已成功應(yīng)用在較多行業(yè)，其中顎式破碎機(jī)和雙輥式破碎機(jī)是較為常見的兩種破碎方式，并且多晶硅破碎行業(yè)目前有較多廠家采用這種破碎方式。雙輥式破碎機(jī)是將破碎物料經(jīng)給料口落入兩輥?zhàn)又g，進(jìn)行擠壓破碎，成品物料自然落下。雙輥式破碎機(jī)主要由輥輪組成、輥輪支撐軸承、壓緊和調(diào)節(jié)裝置以及驅(qū)動裝置等部分組成，根據(jù)雙輥式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)及行業(yè)應(yīng)用情況，雙輥式破碎機(jī)適用于中細(xì)物料的破碎，需要將硅棒經(jīng)過一次破碎以后再進(jìn)行雙輥式破碎，不能直接破碎硅棒。
雙輥式破碎機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)示意圖
顎式破碎機(jī)是由動顎和固定顎兩塊顎板組成破碎腔，模擬動物的兩顎運(yùn)動而完成物料破碎作業(yè)的破碎機(jī)。其工作原理是電機(jī)帶動偏心軸，偏心軸旋轉(zhuǎn)帶動固定在其上的動顎板，動顎板周期性動向固定顎板靠近，從而兩板之間的物料被擠壓、搓動而碎裂。顎式破碎機(jī)對硅料尺寸無要求，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；同時，可以用于直接破碎硅棒，產(chǎn)出需求尺寸的多晶硅塊料。
高壓脈沖放電技術(shù)破碎法
高壓脈沖放電技術(shù)破碎法是利用硅原料的電磁性和機(jī)械性，通過設(shè)備制造出的高壓，在高電壓電場中，高壓脈沖放電在硅棒表面產(chǎn)生大量的電荷，在極短時間內(nèi)，通過特種高壓電極將電脈沖轟擊到浸沒在去離子水中的硅原料棒上，受到激烈的瞬間電脈沖影響，該原料之間會出現(xiàn)內(nèi)部振動裂解情況，并且能使硅原料保持較為完整的晶型分解。
資料來源：范哲，高壓脈沖放電技術(shù)在硅原料破碎中的應(yīng)用研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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