專利名稱：用于粉碎粗糙破碎的多晶體硅的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉碎粗糙破碎的多晶硅的裝置和方法，從而所述多晶 硅的純度使得其可直接即不用隨后清潔地用于光伏應(yīng)用裝置。
背景技術(shù)：
多晶硅(多晶體硅)大體在Siemens反應(yīng)器中通過蒸氣沉積被制 造。這涉及在熱基片(優(yōu)選硅)上沉淀高純度硅垸或氯硅垸，以便獲 得固體棒、錠坯或板坯。在這種多晶硅在結(jié)晶過程中被使用之前，它 必須被粉碎。這大體使得其被研磨物質(zhì)污染，以致不得不通過清潔方 法除去表面上的污染物。
能夠被直接應(yīng)用在結(jié)晶過程(即無需后續(xù)的清潔)中的并適用于 太陽能應(yīng)用的多晶硅，即非常純的(總金屬污染物大體〈10ppba)多 晶硅，現(xiàn)在為止僅僅能夠通過費力的、消耗人工的手工粉碎而獲得。 在第一歩驟中，從Siemens沉積反應(yīng)器中獲得的硅棒通過手錘被預(yù)粉 碎，并且隨后由手用鉚錘進行后期粉碎以達到所要求的碎塊尺寸。這 種手工制造的粗糙破碎的材料能夠通過將其供應(yīng)到機器而進一步通過 機械的方式被粉碎。
以前所述的適用于粉碎粗糙破碎的多晶體硅的機械破碎方法，例 如傳統(tǒng)的顎式破碎機或輥式破碎機，分別造成過大的金屬表面污染(傳 統(tǒng)的顎式破碎機大約十億分之500到1000原子比(ppba)，傳統(tǒng)的輥 式破碎機大約200到500ppba),需要費力的后續(xù)清潔，或者因為非常 復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)或費力的方法(例如沖擊波粉碎或熱破碎)而是不經(jīng) 濟的。
當采用輥式破碎機時，原料的合適尺寸取決于壓軋的角度，并且 因此取決于破碎機的尺寸?？紤]到輥的幾何形狀，到目前為止僅僅可 供應(yīng)具有〈110mm最大邊緣長度的碎塊。另外，為了生產(chǎn)精細顆粒的 產(chǎn)品，多個破碎周期是必需的。由于工程原因，具有硬質(zhì)金屬破碎工 具的輥式破碎機到目前為止僅僅利用￡ 450mm的輥直徑。此外，輥維護是另外的成本因素?？紤]到硬質(zhì)金屬輥的技術(shù)結(jié)構(gòu)，輥的調(diào)換或替 換是非常費時的和成本昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種輥式破碎機，所述輥式破碎適于以低成 本和低污染的方式粉碎粗糙破碎的多晶硅。
該目的由一種輥式破碎機實現(xiàn)，所述輥式破碎機包括與軸3 —起 旋轉(zhuǎn)的輥，其特征在于，所述輥包括由鋼制成的承載輥2和多個硬質(zhì) 金屬區(qū)段1，其中所述硬質(zhì)金屬區(qū)段1包括含有碳化鎢的鈷基體，并 且所述硬質(zhì)金屬區(qū)段1以可逆(可拆卸)的形狀配合的方式被緊固在 承載輥2上。
包含多個硬質(zhì)金屬區(qū)段的區(qū)段式結(jié)構(gòu)具有這種效果即輥和設(shè)有 輥的輥式破碎機維護非常容易，這是因為硬質(zhì)金屬區(qū)段能夠在不拆卸
輥的情況下被單獨地取出和調(diào)換。設(shè)有優(yōu)選8到16個、尤其地最好是 12個硬質(zhì)金屬區(qū)段。
硬質(zhì)金屬區(qū)段包括在鈷基體中包含的碳化鎢，其比重超過80%、 特別地比重超過90%、特別優(yōu)選地比重超過91.5%。硬質(zhì)金屬區(qū)段優(yōu) 選在形成所述輥的周向表面的一部分的表面上設(shè)有研磨面。各研磨面 像輥的周向表面上的嵌條(fillet)那樣起作用，并且針對正被破碎材 料的供入而言改進了性能。每個硬質(zhì)金屬區(qū)段優(yōu)選有3至12個研磨面， 具體地優(yōu)選有4至7個研磨面，尤其優(yōu)選5個研磨面5 (圖2)。硬質(zhì) 金屬區(qū)段的所有邊緣優(yōu)選構(gòu)造有半徑6 (圖2),以防止硬質(zhì)金屬區(qū)段 的邊緣破裂。防止邊緣破裂的半徑優(yōu)選選為2mm至5mm。
硬質(zhì)金屬區(qū)段優(yōu)選由非常純的塑料7彼此密封，所述塑料被引入 到各區(qū)段1之間的凹槽8中。優(yōu)選地整個輥的端面用非常純的塑料板 4包覆。與輥一起轉(zhuǎn)動的軸3優(yōu)選由非常純的塑料的成型部件9覆蓋。 軸3的包覆、承載輥的端面密封以及各硬質(zhì)金屬區(qū)段之間的密封防止 了任何金屬污染物污染破碎的材料。為了避免由正被破碎的材料引起 的塑料的磨損(圖lb)，特別地優(yōu)選，板4被裝配成，它們相對于硬 質(zhì)金屬區(qū)段1的端面偏差至少2mm。
聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、乙烯四氟乙烯共聚物、全氟烷氧基樹脂共聚物或Halar⑧優(yōu)選被用作為非常純的塑料。聚氨酯 尤其優(yōu)選被使用。
硬質(zhì)金屬區(qū)段l優(yōu)選借助于螺釘10被固定在承載輥2上，其中，
硬質(zhì)金屬區(qū)段1內(nèi)的燒結(jié)形成的內(nèi)螺紋11起固定的作用。尤其優(yōu)選地， 內(nèi)螺紋構(gòu)造為盲孔螺紋，以避免鋼污染被破碎的材料。輥的這種結(jié)構(gòu) 使得可以在維修的情況下僅調(diào)換被損壞的、螺合上的硬質(zhì)金屬區(qū)段。
輥式破碎機優(yōu)選包括兩個輥。所述輥優(yōu)選具有從1000至2000 mm 的直徑。
所述各輥在輥式破碎機中彼此相互優(yōu)選設(shè)置成，破碎角a具有從 40°至45°的值。所述"破碎角"針對本發(fā)明的目的被理解為這樣的意 思在破碎操作的開始在被粉碎材料12接觸點處的硬質(zhì)金屬區(qū)段的切 線之間的夾角(參見圖3)。
優(yōu)選地，用于具有最大邊緣長度從100 mm至250 mm的原料的輥 具有從1000 mm至2000 mm的直徑。特別優(yōu)選地，用于具有最大邊緣 長度從180 mm至220 mm的原料的輥具有從1300 mm至1700 mm的 直徑。輥的這個尺寸有助于多晶硅碎塊的供入。輥的尺寸和結(jié)構(gòu)具有 這種作用在破碎過程中產(chǎn)生較低的力，結(jié)果引入的能量可以更加高 效地傳遞至原料。因此，憑借輥的尺寸，依據(jù)本發(fā)明的輥式破碎機具 有很高的破碎比，這減少了被粉碎的材料必須經(jīng)過破碎機從而被粉碎 的次數(shù)，并因此簡化了多晶體硅的低污染粉碎。破碎比在這種情況中 被限定為原料的最大邊緣長度與產(chǎn)品的最大邊緣長度之比。
考慮到所提到的幾何結(jié)構(gòu)以及與現(xiàn)有技術(shù)相比更好的壓軋角度， 可以在更大的范圍內(nèi)設(shè)定可制造的碎塊尺寸。碎塊的尺寸分布也是可 再現(xiàn)的。
依據(jù)本發(fā)明的輥式破碎機使得可以粉碎邊緣長度尺寸達250 mm 的多晶硅原料。原料優(yōu)選是適用于太陽能應(yīng)用的、邊緣長度從80至 200mm的破碎的多晶硅。這樣尺寸的碎塊能夠被用作為原料的事實意 味著手工的預(yù)粉碎能夠被縮減至一個工作步驟，而可以消除其它手工 破碎步驟。
在依據(jù)本發(fā)明的輥式破碎機中，產(chǎn)品的平均碎塊尺寸可在從10mm至150 mm 的范圍內(nèi)自由設(shè)定。產(chǎn)品的碎塊尺寸在這種情況中通過 輥之間的破碎壓軋的尺寸被限定。對于從60至110mm的碎塊尺寸而 言，破碎壓軋優(yōu)選具有從45至55 mm的尺寸。可再現(xiàn)的碎塊尺寸分 布保證用于所有的夾鉗設(shè)置。這對于手工粉碎的方法而言是不可能的。
測試已經(jīng)表明，輥式破碎機上的50 mm的夾鉗和150 mm最大邊 緣長度的原料與1000mm直徑的輥一起生產(chǎn)與在當前手工破碎方法情 況相似長度分布和重量分布的產(chǎn)品。然而，這里過程也是可再現(xiàn)的。
本發(fā)明還涉及借助于依據(jù)本發(fā)明的破碎機粉碎粗糙多晶硅的方法。
該方法優(yōu)選特征在于具有從80到250 mm平均碎塊尺寸的破碎 的多晶硅材料被送至依據(jù)本發(fā)明的破碎機，并且在一次操作中以大于 5的破碎比被破碎至對應(yīng)要求的目標尺寸。
盡管用于將通過Siemens工藝獲得的多晶硅棒粉碎至15 mm邊緣 長度的破碎材料的傳統(tǒng)方法包括借助于手工粉碎的最初兩個破碎步驟 (手工預(yù)破碎至大約120到150 mm的最大碎塊尺寸和隨后的手工后 破碎至大約80到110 mm的最大碎塊尺寸)和隨后借助于傳統(tǒng)破碎機 的3到4個破碎步驟，因此這樣總共5至6個破碎步驟，但是依據(jù)本 發(fā)明的輥式破碎機使得在2到3個粉碎步驟(手工預(yù)粉碎至大約200 至250 mm的碎塊尺寸和1或2個在依據(jù)本發(fā)明的輥式破碎機上的操 作)中達到相同效果的方法成為可能。
期望的目標尺寸優(yōu)選是65到100 mm。
所產(chǎn)生的破碎的硅原料的顆粒尺寸分布可比較于通過手工方法產(chǎn) 生的破碎的原料的顆粒尺寸分布，但是在依據(jù)本發(fā)明的方法中顆粒尺 寸分布還是可再現(xiàn)的。改變輥之間的壓軋使得專門設(shè)定所產(chǎn)生的破碎 的多晶硅材料的平均碎塊尺寸。對于所有的夾鉗設(shè)定而言這是可再現(xiàn) 的。
這種方法因此使得可以維持可再現(xiàn)的粉碎比。 與重復(fù)的手工粉碎相比，依據(jù)本發(fā)明的這種方法的產(chǎn)量增加大約 5倍。依據(jù)本發(fā)明的破碎機的產(chǎn)量就所述的原料而言是大約10噸/小時。 與手工的后破碎相反，硅在依據(jù)本發(fā)明的方法中不必手工修改。因此，正被破碎的材料不會再混入鈉、鐵、鋁和钚。
依據(jù)本發(fā)明的機械破碎之后的粉碎的產(chǎn)品的污染物與傳統(tǒng)的手工 破碎之后的粉碎的產(chǎn)品的污染物的對比清楚地顯示了依據(jù)本發(fā)明的方 法優(yōu)勢。
鈉污染降低50倍，鎢污染降低2倍，鈷污染降低3到4倍并且鐵 污染降低7到8倍。除減少污染物混入多晶硅之外，污染程度最可能 低的改變對于可重復(fù)過程而言是期望的，這是因為這對于所生產(chǎn)的硅 的質(zhì)量具有非常重要的影響。在依據(jù)本發(fā)明的方法中，己提到的材料 的變化比在傳統(tǒng)方法的情況低4到6倍。就鈉來說，變化甚至低20倍。 產(chǎn)品的隨后清潔因此不是必需的。
借助于依據(jù)本發(fā)明的方法，因此能夠生產(chǎn)非常純的破碎的多晶硅 材料，與借助手工的方法相比，具有更窄范圍的污染物的變化和更好 的可重復(fù)產(chǎn)品種類，而在與借助已知的機械方法同樣的情況中不會引 起成本的增加。


圖la與lb以側(cè)視圖和剖視圖的方式示意地示出了依據(jù)本發(fā)明的 輥式破碎機的輥的優(yōu)選實施例。
圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的破碎機的輥的硬質(zhì)金屬區(qū)段的透視圖。 圖3示意地示出了具有兩個輥并限定了破碎角a的破碎機。
具體實施例方式
下面的實施例用于進一步說明本發(fā)明
實施例采用傳統(tǒng)破碎機的破碎方法與采用依據(jù)本發(fā)明的破碎機 的破碎方法的對比。
a)傳統(tǒng)方法大約180 mm直徑的硅棒在第一手工破碎步驟中被 預(yù)破碎以形成尺寸大約200 mm的碎塊。隨后，這些碎塊在第二破碎 步驟中被手工破碎至110 mm的最大邊緣長度。這種原料然后借助于 帶有450 mm直徑的輥的破碎機在4次操作中被粉碎，并且用不同的 壓軋寬度被破碎至從8mm到15mm的邊緣長度。因此，為了生產(chǎn)特 定的產(chǎn)品，2個手工操作步驟以及還有4個機械操作步驟是必需的。b)依據(jù)本發(fā)明的方法大約180 mm直徑的硅棒在第一手工破碎 步驟中被預(yù)破碎，以形成尺寸大約200 mm的碎塊。這些最大邊緣長 度200 mm的碎塊作為原料直接供應(yīng)至依據(jù)本發(fā)明的具有直徑2000 mm的輥的輥式破碎機，如圖1所示。第一機械破碎步驟利用40 mm 的壓軋寬度完成。隨后，步驟在同一破碎機上利用8 mm的壓軋寬度 完成附加的破碎步驟。用這種方法可以獲得與a)相同的產(chǎn)品。
采用依據(jù)本發(fā)明的破碎機/方法，用傳統(tǒng)破碎機在6個步驟中生產(chǎn) 的產(chǎn)品可以采用同樣的原料在僅僅兩個破碎步驟中生產(chǎn)。此外，在多 次重復(fù)中，依據(jù)本發(fā)明的這種方法顯示了 Fe、 Na、 Al、 W和Co的較
低的污染以及污染的較低變化。
權(quán)利要求
1.一種輥式破碎機，其包括與軸(3)一起旋轉(zhuǎn)的輥，其特征在于，所述輥包括由鋼制成的承載輥(2)和多個硬質(zhì)金屬區(qū)段(1)，其中，所述硬質(zhì)金屬區(qū)段(1)包括含有碳化鎢的鈷基體，并且所述硬質(zhì)金屬區(qū)段(1)以可逆的形狀配合的方式被緊固在所述承載輥(2)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥式破碎機，其特征在于，所述輥包括 由鋼制成的承載輥，以及數(shù)量8到16個、特別優(yōu)選12個硬質(zhì)金屬區(qū) 段。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輥式破碎機，其特征在于，所述硬 質(zhì)金屬區(qū)段包括在所述鈷基體中包含的碳化鎢，其比重超過80%、特 別地比重超過90%、特別優(yōu)選地比重超過91.5%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的輥式破碎機，其特征在于，所 述硬質(zhì)金屬區(qū)段在與形成所述輥的周向表面的一部分相對應(yīng)的表面上 設(shè)有研磨面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輥式破碎機，其特征在于，每個硬質(zhì)金 屬區(qū)段包括3至12個研磨面，具體地優(yōu)選包括4到7個研磨面，特別 優(yōu)選5個研磨面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的輥式破碎機，其特征在于，所 述硬質(zhì)金屬區(qū)段的所有邊緣被構(gòu)造成具有半徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的輥式破碎機，其特征在于，所 述硬質(zhì)金屬區(qū)段利用非常純的塑料彼此密封，所述塑料被引入到所述 區(qū)段之間的凹槽中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的輥式破碎機，其特征在于，所述輥的端 面由非常純的塑料板覆蓋。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的輥式破碎機，其特征在于，所述軸 由非常純的塑料的成型部件包覆。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9任一所述的輥式破碎機，其特征在于， 所述非常純的塑料選自聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、乙烯 四氟乙烯共聚物、全氟垸氧基樹脂共聚物和Halar 。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至IO任一所述的輥式破碎機，其特征在于， 所述硬質(zhì)金屬區(qū)段借助于螺釘固定在所述承載輥上，其中用于緊固螺 釘?shù)膬?nèi)螺紋燒結(jié)形成在硬質(zhì)金屬區(qū)段中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至IO任一所述的輥式破碎機，其特征在于， 輥的直徑是從1000毫米至2000毫米。
13. —種粗糙多晶硅的粉碎方法，其特征在于，粗糙的多晶硅借 助于權(quán)利要求1至12任一所述的輥式破碎機被粉碎。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，具有從80至250 毫米平均碎塊尺寸的破碎的硅晶體材料被供應(yīng)至根據(jù)權(quán)利要求1至12 任一所述的破碎機，并且在一次操作中以大于5的破碎比被破碎至對 應(yīng)要求的目標尺寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及破碎機，所述破碎機包含與軸(3)一起旋轉(zhuǎn)的輥，其特征在于該輥包含鋼制的承載輥(2)和多個硬質(zhì)金屬區(qū)段(1)，其中硬質(zhì)金屬區(qū)段(1)包含加入了碳化鎢的鈷基體，并且硬質(zhì)金屬區(qū)段(1)以可顛倒的形狀配合的方式被固定在承載輥(2)上。
文檔編號B02C4/30GK101410184SQ200780011548
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者P·格呂布爾, R·赫爾茨維默爾 申請人:瓦克化學(xué)股份公司