多晶硅的包裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于包裝碎塊形式的多晶硅的方法，該方法包括以下步驟：在計量系統(tǒng)中提供多晶硅；將多晶硅從該計量系統(tǒng)裝填至設(shè)置在該計量系統(tǒng)下方的塑料袋內(nèi)，通過該計量系統(tǒng)利用篩子去除細碎塊；其中在裝填過程中確定具有裝填的多晶硅的塑料袋的重量，并在達到目標重量后結(jié)束裝填過程；其中在整個裝填過程中利用至少一個夾持裝置將多晶硅從計量系統(tǒng)進入塑料袋中的下落高度保持在小于450mm。
【專利說明】多晶娃的包裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅的包裝。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶態(tài)的硅下面稱作多晶硅，特別是用作生產(chǎn)電子元件和太陽能電池的初始原料。
[0003]其是通過含硅的氣體或含硅的氣體混合物的熱分解獲得的。該過程稱作氣相沉積(CVD,化學(xué)氣相沉積)。
[0004]該過程以大規(guī)模在所謂的西門子反應(yīng)器中實施。在此，多晶硅以棒的形式形成。多晶硅棒通常通過手工方法加以粉碎。
[0005]已知一系列的機械方法，其中手工預(yù)破碎的多晶硅粗碎塊通過使用常用的破碎器加以進一步粉碎。例如，在US8，021，483B2中描述了機械破碎法。
[0006]US8, 074, 905公開了一種設(shè)備,其包括用于將多晶娃粗碎塊輸送至破碎系統(tǒng)的輸送裝置、破碎系統(tǒng)和用于對多晶硅碎塊進行分級的分級系統(tǒng)，其特征在于，該破碎系統(tǒng)設(shè)置有能夠可變地調(diào)節(jié)破碎系統(tǒng)中的至少一個破碎參數(shù)和/或分級系統(tǒng)中的至少一個分級參數(shù)的控制器。
[0007]為了應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)和太陽能工業(yè)，期望污染盡可能少的多晶硅碎塊。為了實現(xiàn)此目的，還采用不同的清潔方法。
[0008]US2010/0001106A1描述了一種用于生產(chǎn)高純度的經(jīng)分級的多晶硅碎塊的方法，其中來自西門子法的多晶硅利用包括粉碎工具的裝置和篩選裝置加以粉碎和分級，利用清潔浴對如此獲得的多晶硅碎塊進行清潔，其特征在于，粉碎工具和篩選裝置通常均具有與多晶硅接觸的表面，該表面由僅以雜質(zhì)顆粒污染多晶硅碎塊的材料制成，雜質(zhì)顆粒隨后針對性地通過清潔浴去除。
[0009]附著在碎塊上的硅塵也被認為是污染物，這是因為其會降低晶體拉伸的產(chǎn)量。
[0010]US2010/0052297A1公開了一種生產(chǎn)多晶硅的方法，其包括將在西門子反應(yīng)器中沉積在細棒上的多晶娃破碎成碎塊，將碎塊分級成為從約0.5mm至大于45mm的尺寸等級,利用壓縮空氣或干冰處理碎塊，以將硅塵從碎塊去除，其中不實施濕化學(xué)清潔。
[0011]但是，多晶硅必須在粉碎步驟和任選實施的清潔或除塵之后進行包裝，然后運輸至客戶。
[0012]因此，在包裝時應(yīng)當(dāng)注意，該過程在污染物含量盡可能小的情況下進行。
[0013]通常將用于電子工業(yè)的多晶硅碎塊包裝成為重量誤差最大+/_50g的5kg袋。對于太陽能工業(yè)，通常是多晶硅碎塊在稱重為IOkg且重量誤差最大為+/-1OOg的袋中。
[0014]原則上適合于包裝硅碎塊的軟管袋機是可商購獲得的。例如在DE3640520A1中描述了一種相應(yīng)的包裝機。
[0015]但是，多晶硅碎塊是具有尖銳邊緣的無法自由流動的散料，單個硅碎塊的重量高達2500g。因此，在包裝過程中應(yīng)當(dāng)注意，在裝填過程中該材料不會將常用的塑料袋穿透，或者在最壞的情況下甚至完全將其破壞。
[0016]為了避免這一情況，商用的包裝機必須以適當(dāng)?shù)姆绞结槍Χ嗑Ч璧陌b目的加以改裝。
[0017]US7,013,620B2公開了一種廉價地完全自動輸送、稱重、分份、裝填以及包裝高純度多晶硅碎塊的設(shè)備，其包括用于多晶硅碎塊的輸送槽；與料斗連接的用于多晶硅碎塊的稱重裝置；由硅制成的偏導(dǎo)板；由高純度塑料膜形成塑料袋的分裝裝置，其包括避免產(chǎn)生靜電電荷并由此避免塑料膜被顆粒污染的脫離子劑；裝填有多晶硅碎塊的塑料袋的熔封裝置；安裝在輸送槽、稱重裝置、分裝裝置和熔封裝置上方避免多晶硅碎塊被顆粒污染的流料箱；輸送帶，其具有用于已熔封的裝填有多晶硅碎塊的塑料袋的磁感應(yīng)探測器；其中所有與多晶硅碎塊接觸的組件均覆蓋有硅，或者包襯有高耐磨塑料。
[0018]DE10346881A1公開了 一種用于裝填和密封開口的塑料袋的系統(tǒng)，其配備有裝填機，裝填機包括可驅(qū)動以繞垂直軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動體，轉(zhuǎn)動體配備有多個裝填裝置，在其上可懸掛待裝填的塑料袋，其中裝填裝置分配有用于在從裝填裝置移除已裝填的塑料袋之后制造封口縫的熔封單元，該系統(tǒng)還配備有線性卸貨帶，以將已裝填的塑料袋從裝填機卸下，其特征在于，裝填機的轉(zhuǎn)動體可以恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動，并配備有分配至漏斗帽(FUllstutzen，裝填頭)的封口縫熔封單元，此外在裝填機的轉(zhuǎn)動體上每個熔封裝置還分配有以可轉(zhuǎn)動的方式安裝的袋支撐裝置，其在通過熔封裝置制造封口縫之后立即接收從裝填裝置卸下的塑料袋，并輸送至可以轉(zhuǎn)動體的圓周速度加以驅(qū)動并在其切向上固定設(shè)置的卸貨帶。
[0019]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于此類設(shè)備，經(jīng)常在分裝裝置中發(fā)生硅碎塊的堵塞。因為由此導(dǎo)致機器的停機時間增加，所以是不利的。
[0020]還發(fā)生塑料袋的穿透，同樣導(dǎo)致設(shè)備停機以及硅的污染。
[0021]此外還發(fā)現(xiàn)，在包裝特定粒級的碎塊期間，例如20至60_的碎塊尺寸，還產(chǎn)生非期望的更小的硅顆?；蛩閴K。對于該碎塊尺寸而言，此類非期望的顆粒的比例為17000至23000ppmwo
[0022]下面應(yīng)當(dāng)將所有具有如下尺寸的硅碎塊或顆粒稱作細碎塊(Feinanteil)，其可通過具有8_X8mm方形篩孔的網(wǎng)孔篩除去。細碎塊對于客戶而言是不期望的，因為其對客戶的操作具有不利影響。若由客戶例如通過篩選去除細碎塊，則意味著增加成本和不便。
[0023]除了例如根據(jù)US7, 013，620B2對多晶硅進行自動包裝以外，還可以考慮在塑料袋中手工包裝多晶硅。通過手工包裝可以明顯地減少細碎塊，對于上述的20至60mm的碎塊尺寸而言，從17000ppmw降低至1400ppmw。
[0024]但是，手工包裝意味著高復(fù)雜性，并且增加人工成本。因此，出于經(jīng)濟原因，不考慮手工包裝。此外，值得期望的是，與通過手工包裝可以實現(xiàn)的程度相比，甚至更進一步減少細碎塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]因此，本發(fā)明的目的在于自動包裝多晶硅，并將在此產(chǎn)生的細碎塊降低至極低的水平。本發(fā)明的目的還在于提供適合于此的設(shè)備。
[0026]本發(fā)明的目的是通過用于包裝多晶硅的方法實現(xiàn)的，該方法包括以下步驟:
[0027]-在計量系統(tǒng)中提供多晶硅；[0028]-將多晶硅從該計量系統(tǒng)裝填至設(shè)置在該計量系統(tǒng)下方的塑料袋內(nèi)，通過該計量系統(tǒng)利用篩子去除細碎塊；
[0029]其中在裝填過程中確定具有裝填的多晶硅的塑料袋的重量，并在達到目標重量后結(jié)束裝填過程；
[0030]其中在整個裝填過程中利用至少一個夾持裝置將多晶硅從計量系統(tǒng)進入塑料袋中的下落高度保持在小于450mm。
[0031]優(yōu)選地，在整個裝填過程中利用至少一個夾持裝置將多晶硅從計量系統(tǒng)進入塑料袋中的下落高度保持在小于300mm。
[0032]該目的是通過用于在塑料袋中包裝多晶硅的設(shè)備的夾持裝置實現(xiàn)的，其以如下方式作用于塑料袋，在特定位置通過夾持力將塑料袋橫向夾緊，從而在此處使塑料袋的橫截面減小，其中在任意時刻可以完全或部分地釋放所述夾持力，從而使塑料袋在該位置的橫截面又增大。
[0033]該目的還是通過用于在使用至少一個夾持裝置的情況下通過裝填在塑料袋中而包裝多晶硅的方法實現(xiàn)的，所述夾持裝置以如下方式作用于塑料袋，在特定位置通過夾持力將塑料袋橫向夾緊，從而在此處使塑料袋的橫截面減小，待裝填的多晶硅在垂直方向上只能到達塑料袋的該位置，其中可以完全或部分地釋放所述夾持力，從而使塑料袋在該位置的橫截面又增大，多晶硅可以從該位置在垂直方向上在塑料袋中繼續(xù)向下移動。
[0034]發(fā)現(xiàn)在包裝期間新產(chǎn)生的細碎塊明顯少于傳統(tǒng)的自動包裝方法。例如，碎塊尺寸(Bruchgr6Be)為20至60mm的娃碎塊的比例為1400ppmw或更少。
[0035]本發(fā)明從通過粉碎利用西門子法沉積的棒材及隨后的分類和分級而得到的特定粒級的硅碎塊開始著手。
[0036]粒級被定義為在硅碎塊表面上的兩點之間的最長距離(=最大長度):
[0037]碎塊尺寸O [mm] I至5
[0038]碎塊尺寸I [mm] 4至I5
[0039]碎塊尺寸2 [mm] 10至40
[0040]除了上述的粒級以外，同樣通常將多晶硅分級和分類成為如下的碎塊尺寸:
[0041]碎塊尺寸3 [mm] 20至60
[0042]碎塊尺寸4 [mm] 45 至 120
[0043]碎塊尺寸5 [mm] 90 至 2OO
[0044]在此，在各種情況下，至少90重量％的塊碎在所述尺寸范圍內(nèi)。
[0045]多晶硅碎塊經(jīng)由輸送槽進行輸送，并借助至少一個篩子分離成粗的和細的碎塊。
[0046]不同于其中利用計量秤稱取碎塊并計量至目標重量隨后經(jīng)由排出槽排出并輸送至包裝單元及進行包裝的現(xiàn)有技術(shù)，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，計量和包裝是在一個步驟中進行。
[0047]計量系統(tǒng)以如下方式構(gòu)造，多晶硅的細碎塊，即極細小的顆粒和破碎塊在裝填過程之前利用篩子加以去除。篩子可以是孔板、條篩(Stangensieb)、氣動分類裝置(optopneumatische Sortierung)或其他合適的裝置。取決于碎塊尺寸，使用不同的篩子。針對20至60mm的碎塊尺寸，優(yōu)選使用篩孔寬度為3mm的篩子。在45至120mm的碎塊尺寸的情況下，優(yōu)選使用篩孔寬度為9mm的篩子。[0048]優(yōu)選地，所用的篩子在其表面上至少部分地包括污染物含量低的材料，例如硬質(zhì)金屬。硬質(zhì)金屬應(yīng)當(dāng)理解為燒結(jié)的碳化物硬質(zhì)金屬。除了傳統(tǒng)的基于碳化鎢的硬質(zhì)金屬，還有優(yōu)選包含作為硬質(zhì)材料的碳化鈦和氮化鈦的硬質(zhì)金屬，其中粘合劑相在此情況下包括鎳、鈷和鑰。
[0049]優(yōu)選地，篩子的至少承受機械應(yīng)力的、對磨損敏感的表面范圍包括硬質(zhì)金屬或陶瓷/碳化物。優(yōu)選地，至少一個篩子完全由硬質(zhì)金屬制成。其可以部分或全面地設(shè)置有涂層。作為涂層優(yōu)選使用選自以下組中的材料:氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁鈦和DLC(類金剛石碳)。
[0050]利用計量單元將多晶硅碎塊引入塑料袋中，計量單元優(yōu)選包括適合于輸送碎塊的產(chǎn)品流的輸送槽、至少一個適合于將產(chǎn)品流分離成粗的和細的碎塊的篩子、粗的碎塊的粗計量槽以及細的碎塊的細計量槽。
[0051]通過將產(chǎn)品流分離成粗的和細的碎塊，可以更加精確地按計量添加多晶硅。
[0052]多晶硅碎塊在初始產(chǎn)品流中的尺寸分布取決于包括之前的粉碎過程的因素。粗的和細的碎塊的劃分方式以及粗的和細的碎塊的尺寸取決于有待按計量添加和包裝的所期
望的最終產(chǎn)品。
[0053]典型的碎塊尺寸分布包括尺寸為I至200mm的碎塊。
[0054]例如可以利用篩子，優(yōu)選利用條篩，連同排出槽，將小于特定尺寸的碎塊從計量單元排出。因此可以實現(xiàn)僅計量和包裝具有特定粒級的碎塊。
[0055]通過在輸送槽上輸送多晶硅，重新產(chǎn)生非期望的產(chǎn)品尺寸。將其在計量系統(tǒng)中利用篩子加以去除。
[0056]在后續(xù)的過程中，將排出的較小的碎塊重新進行分級、計量和包裝，或者送至其他應(yīng)用。
[0057]經(jīng)由這兩個計量槽可以使按計量添加多晶硅的過程自動化。
[0058]優(yōu)選還通過受控制的回轉(zhuǎn)槽將硅產(chǎn)品流分配至多個集成的計量系統(tǒng)和包裝系統(tǒng)。
[0059]多晶硅從計量系統(tǒng)直接裝填至塑料袋，特別是PE袋中，優(yōu)選連同包裝和夾鉗系統(tǒng)一起進行稱重。該稱重系統(tǒng)是基于總重量平衡系統(tǒng)。
[0060]夾持裝置用于在裝填過程中夾緊所述袋。因此，多晶硅不會經(jīng)過整個袋長度落下。夾持裝置用作一種下落制動器，其擠壓塑料袋，從而首先使塑料袋的橫截面減小，然后以受控制的方式釋放。
[0061]由此可以控制產(chǎn)品流，能夠?qū)⒐柩b填至預(yù)制的袋中，其中僅產(chǎn)生少量的細碎塊。
[0062]優(yōu)選經(jīng)由計量槽去除細碎塊，在計量槽的末端安裝有去除機構(gòu)，特別是條篩，其實現(xiàn)細碎塊的去除。
[0063]優(yōu)選在達到在袋內(nèi)特定的裝填高度和特定重量的多晶硅時，將至少一個夾持裝置打開。
[0064]通過本發(fā)明能夠在不產(chǎn)生細碎塊的情況下將產(chǎn)品流引導(dǎo)至袋內(nèi)。這是利用在計量系統(tǒng)中污染物含量低的篩子實現(xiàn)的。通過計量槽(額外的細碎料計量槽)的針對性的布置方式，能夠引導(dǎo)產(chǎn)品流盡可能接近打開的袋。因此，可以將材料流以盡可能最小的下落高度裝填至袋內(nèi)。優(yōu)選經(jīng)由進料漏斗進行裝填。進料漏斗優(yōu)選由對硅的污染少的材料組成。
[0065]在此通過適當(dāng)?shù)膫鞲衅饔涗浽谘b填過程中進一步減小的下落高度。[0066]一旦下落高度達到接近0mm，可以釋放產(chǎn)品夾持裝置，從而使材料下落至下一個夾持裝置或袋的底部。
[0067]優(yōu)選將緩沖(DSmpfungs)和存儲元件旋入(eingeschwenkt)產(chǎn)品流中。其優(yōu)選
由污染物含量低的材料制成，或者涂覆有污染物含量低的材料。這些元件相對于產(chǎn)品流實現(xiàn)一定的緩沖效果，吸收能量，并用多晶硅裝填。在部分地裝填塑料袋之后，其被排空，又從產(chǎn)品流移除。值得期望的是，這一方面用于達到周期頻率(Taktrate)，另一方面用于進一步縮小下落高度。
[0068]多晶硅碎塊優(yōu)選在計量操作之前用照相機進行記錄，在此期間確定碎塊的比重，此外得出碎塊的表面特性。
[0069]這能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確并且對袋加以保護的包裝操作過程。
【權(quán)利要求】
1.用于包裝碎塊形式的多晶硅的方法，該方法包括以下步驟: -在計量系統(tǒng)中提供多晶硅； -將多晶硅從該計量系統(tǒng)裝填至設(shè)置在該計量系統(tǒng)下方的塑料袋內(nèi)，通過該計量系統(tǒng)利用篩子去除細碎塊； 其中在裝填過程中確定具有裝填的多晶硅的塑料袋的重量，并在達到目標重量后結(jié)束裝填過程； 其中在整個裝填過程中利用至少一個夾持裝置將多晶硅從計量系統(tǒng)進入塑料袋中的下落高度保持在小于450mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述計量系統(tǒng)包括用于粗的碎塊的粗計量槽以及用于細的碎塊的細計量槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一的方法，其中所述夾持裝置以如下方式構(gòu)造，在裝填過程中將所述塑料袋夾緊，從而首先使塑料袋的橫截面減小，然后以受控制的方式釋放。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中在塑料袋的長度上設(shè)置多個此類的夾持裝置，這些夾持裝置隨著塑料袋的裝填量的增加而逐漸地釋放。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其中所述多晶硅經(jīng)由進料漏斗裝填至所述塑料袋中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其中將緩沖元件和存儲元件在計量系統(tǒng)和塑料袋之間旋入多晶硅的流中，用碎塊裝填，在達到塑料袋的特定的裝填水平之后被排空，又加以移除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其中在按計量添加之前，利用照相機記錄多晶硅，以確定多晶硅的比重和表面特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其中在整個裝填過程中利用至少一個夾持裝置將多晶硅從計量系統(tǒng)進入塑料袋中的下落高度保持在小于300_。
9.用于在塑料袋中包裝多晶硅的設(shè)備的夾持裝置，所述夾持裝置以如下方式作用于塑料袋，在特定位置通過夾持力將塑料袋橫向夾緊，從而在此處使塑料袋的橫截面減小，其中在任意時刻能夠完全或部分地釋放所述夾持力，從而使塑料袋在該位置的橫截面又增大。
10.在使用至少一個夾持裝置的情況下通過裝填在塑料袋中而包裝多晶硅的方法，所述夾持裝置以如下方式作用于塑料袋，在特定位置通過夾持力將塑料袋橫向夾緊，從而在此處使塑料袋的橫截面減小，待裝填的多晶硅在垂直方向上只能到達塑料袋的該位置，其中能夠完全或部分地釋放所述夾持力，從而使塑料袋在該位置的橫截面又增大，多晶硅能夠從該位置在垂直方向上在塑料袋中繼續(xù)向下移動。
【文檔編號】B65B1/34GK103803103SQ201310757010
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月9日
【發(fā)明者】W·拉薩魯斯, C·弗勞恩霍費爾, H·施默爾茨, M·菲茨 申請人:瓦克化學(xué)股份公司