粉狀物料分級裝置的研究與應用

劉強 陳五奎 馮加保 耿榮軍

摘 要：多線切割技術是目前最廣泛的硅片切割技術，與其他技術相比具有效率高，產能高，精度高等優點，然而傳統的多線切割技術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（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生的硅粉混在一起形成廢液，廢液無法直接重復利用，亦不能直接外排，存在資源浪費、環境污染等問題，基于此探索一種環保循環經濟模式，設計出能滿足生產需求的碳化硅分級裝置，實現對類似粉狀物料的的分級應用。

關鍵詞：粉狀物料；分級裝置

硅片是半導體和光伏領域的主要生產材料，其傳統的硅片多線切割技術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行摩擦，從而達到切割效果，在整個過程中，鋼線通過線輥的引導，在線輥上形成一張線網，而待加工工件通過工作臺的下降實現工件的進給。它不同于傳統的刀鋸片、砂輪片等切割方式，也不同于先進的激光切割和內圓切割，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過進一步加工后可再次作為原料配制成切割液重復利用；接著，對分離出來的混合有硅粉的碳化硅進行分級處理，去除目數目標要求的超細碳化硅，剩余的目數較小的碳化硅可配成新的切割液繼續使用，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碳化硅中都含有硅粉；最后，將分離出來的數目較大的混合有硅粉的超細碳化硅經過化學處理后排放掉。

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的粉狀物料，由于不同目數的粉狀物料顆粒重量各不相同，因此，在同樣的風力作用下不同目數的粉狀物料會堆積在不同位置，實現粉狀物料的分級，雖然這種方式也能夠實現粉狀物料的分級，但是，由于不同目數的粉狀物料顆粒的重量相差不大，在高速氣流的沖刷下，不同目數的粉狀物料顆粒還是會混在一起，分級效果較差。因此設計分級效果較好的分級裝置，有利于滿足不同生產的需求，將進一步體現環保的價值和理念，為光伏產業健康的進一步發展奠定基礎。

一、粉狀物料分級裝置的設計

圖中標記說明：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

圖中標記說明：204、第一旋轉軸 205、第二旋轉軸 206、驅動輪 207、第一轉盤 208、第一葉片 209、排料孔 210、反向器 211、第二轉盤 212、第二葉片

如圖1、2、3所示，該設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、實驗結果及分析

通過控制各電機轉動頻率對回收待分級碳化硅（圖4）經過上述設備進行兩次分級實驗，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），并對其進行分析檢測。

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

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

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

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

三、結論

以碳化硅分級為實驗例證，充分說明該分級裝置可以實現四級分離，通過四級分離，可以精確得到不同目數的顆粒，其分級效果好，可以滿足生產中不同的需求，不僅較少了環境污染，還提高了經濟利用價值，符合環保循環經濟發展理念，同時還可以適用于類似粉狀物料加工技術領域，如石英砂精選等，其推廣應用意義重大。

參考文獻：

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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理，主要從事太陽能光伏發電、太陽能光熱應用及新能源材料研究。