粉状物料分级装置的研究与应用

刘强 陈五奎 冯加保 耿荣军

摘 要：多线切割技术是目前最广泛的硅片切割技术，与其他技术相比具有效率高，产能高，精度高等优点，然而传统的多线切割技术通常是用三体磨损原理的砂浆切割方式，其砂浆由聚乙二醇及一定目数（1500/1800/2000）的碳化硅配比而成，切割过程不仅使碳化硅颗粒有不同程度的磨损，且最终与切割过程产生的硅粉混在一起形成废液，废液无法直接重复利用，亦不能直接外排，存在资源浪费、环境污染等问题，基于此探索一种环保循环经济模式，设计出能满足生产需求的碳化硅分级装置，实现对类似粉状物料的的分级应用。

关键词：粉状物料；分级装置

硅片是半导体和光伏领域的主要生产材料，其传统的硅片多线切割技术原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割液对硅棒进行摩擦，从而达到切割效果，在整个过程中，钢线通过线辊的引导，在线辊上形成一张线网，而待加工工件通过工作台的下降实现工件的进给。它不同于传统的刀锯片、砂轮片等切割方式，也不同于先进的激光切割和内圆切割，然而此种切割方式砂浆不可避免的与切割硅粉混在一起，最后形成切割废液。

目前，对于切割废液的处理方法通常采用以下的方式：首先，对切割废液进行固液分离，即将切割废液中的聚乙二醇液体与碳化硅颗粒、硅粉颗粒分离，得到聚乙二醇液体和混合有硅粉的碳化硅固体，分离出的聚乙二醇液体经过进一步加工后可再次作为原料配制成切割液重复利用；接着，对分离出来的混合有硅粉的碳化硅进行分级处理，去除目数目标要求的超细碳化硅，剩余的目数较小的碳化硅可配成新的切割液继续使用，由于碳化硅和硅粉的密度相差不大，因此，不论是剩余的碳化硅还是分离出去的超细碳化硅中都含有硅粉；最后，将分离出来的数目较大的混合有硅粉的超细碳化硅经过化学处理后排放掉。

然而对于粉状物料的分级处理主要采用气力分级的方式，即利用高压气体冲刷不同目数的粉状物料，由于不同目数的粉状物料颗粒重量各不相同，因此，在同样的风力作用下不同目数的粉状物料会堆积在不同位置，实现粉状物料的分级，虽然这种方式也能够实现粉状物料的分级，但是，由于不同目数的粉状物料颗粒的重量相差不大，在高速气流的冲刷下，不同目数的粉状物料颗粒还是会混在一起，分级效果较差。因此设计分级效果较好的分级装置，有利于满足不同生产的需求，将进一步体现环保的价值和理念，为光伏产业健康的进一步发展奠定基础。

一、粉状物料分级装置的设计

图中标记说明：1、空气加热装置 102、柱状壳体 103、盖板 104、锥形壳体 105、加热管 2、第一级分离装置 3、第二级分离装置 304、第一可拆卸式堵头 4、第三级分离装置 404、第二可拆卸式堵头 5、第四级分离装置 504、第三可拆卸式堵头 6、粉尘回收装置 604、第四可拆卸式堵头

图中标记说明：204、第一旋转轴 205、第二旋转轴 206、驱动轮 207、第一转盘 208、第一叶片 209、排料孔 210、反向器 211、第二转盘 212、第二叶片

如图1、2、3所示，该设计用于粉状物料的分级装置包括加热装置、第一级分离装置、第二级分离装置、第三级分离装置、第四级分离装置、粉尘回收装置，实验以碳化硅分级为例。

二、实验结果及分析

通过控制各电机转动频率对回收待分级碳化硅（图4）经过上述设备进行两次分级实验，第一次得到所需的1500目碳化硅（图5），第二次得到所需的1800目碳化硅（图6），并对其进行分析检测。

对1500目碳化硅用电阻法颗粒计数器进行粒度测试，分析表明：1500目测试结果为D3=13.51，D50=7.6，D94=4.87（图7），能够达到目数要求。

对1800目碳化硅用电阻法颗粒计数器进行粒度测试，分析表明：1800目测试结果为D3=10.75，D50=6.78，D94=4.21（图8），能够达到目数要求。

对1500目、1800目碳化硅分别用电镜扫描进行粒度大小测试，分析表明：粒度大小平均在5～7微米，与“目数与微米对照表”对比，符合15002000目。

综上分析表明：此装置根据工艺控制可分级到适合生产需求的碳化硅目数，更为关键的是环保的提升了其利用价值，大幅降低生产成本，同时防范了企业的环保风险和减少排废的处理成本。

三、结论

以碳化硅分级为实验例证，充分说明该分级装置可以实现四级分离，通过四级分离，可以精确得到不同目数的颗粒，其分级效果好，可以满足生产中不同的需求，不仅较少了环境污染，还提高了经济利用价值，符合环保循环经济发展理念，同时还可以适用于类似粉状物料加工技术领域，如石英砂精选等，其推广应用意义重大。

参考文献：

[1]高利苹.涡流空气分级机操作参数优化及内部流场数值模拟研究[D].北京化工大学，2012.

[2]陶珍東，郑少华.用旋风分离器进行微细粉分级的可行性[J].化工装备技术，1995（01）.

[3]汤义武，余加耕.新型旋流分级机的流场测定[J].化工装备技术，1997（05）.

作者简介：刘强（1982），男，汉族，山东人，硕士，工程师，深圳市拓日新能源科技股份有限公司总经理，主要从事太阳能光伏发电、太阳能光热应用及新能源材料研究。