Công nghệ gia công silicon công nghiệp: Nghiền, mài, sàng và rửa

Chế biến silicon công nghiệp bao gồm những gì

Silicon công nghiệp rời khỏi lò hồ quang chìm{0}}dưới dạng một khối đúc thô có chứa xỉ, chất mịn và chất bẩn bám trên bề mặt. Xử lý là chuỗi các bước cơ học và hóa học biến khối đó thành sản phẩm có thể bán được với sự phân bố kích thước xác định và thành phần hóa học xác định. Các công đoạn chính là nghiền, nghiền, sàng lọc, rửa axit, khử bụi và đóng gói, mỗi công đoạn được lựa chọn theo ứng dụng cuối cùng thay vì áp dụng thống nhất cho tất cả vật liệu.

Mục đích của trình tự có thể được trình bày một cách đơn giản: nghiền và nghiền thiết lập kích thước, sàng lọc phân loại kích thước, rửa bằng axit sẽ loại bỏ một phần sắt và nhôm trên bề mặt, khử bụi sẽ loại bỏ các hạt mịn có thể làm ô nhiễm sản phẩm sạch và đóng gói bảo vệ những gì đã đạt được. Do đó, dây chuyền xử lý được thiết kế ngược với đặc điểm kỹ thuật của khách hàng.

Nghiền và mài

Việc giảm kích thước thường được thực hiện theo từng giai đoạn, bởi vì việc giảm khối đúc thành bột mịn chỉ trong một bước sẽ gây lãng phí năng lượng và tạo ra quá nhiều hạt mịn không mong muốn.

Quá trình nghiền sơ cấp làm giảm khối đúc thành những miếng có kích thước-nắp tay, thường bằng máy nghiền hàm. Mục tiêu ở giai đoạn này là giải phóng các tạp chất xỉ có thể nhìn thấy được để chúng có thể được loại bỏ bằng cách phân loại bằng tay hoặc tách từ.

Quá trình nghiền thứ cấp làm giảm các mảnh hơn nữa, thường sử dụng máy nghiền hình nón hoặc máy nghiền búa, tạo ra nguyên liệu thích hợp để sàng lọc thành các phần dạng cục.

Nghiền tạo ra các phân số mịn. Máy nghiền bi hoặc máy nghiền con lắc được sử dụng và thời gian lưu sẽ kiểm soát độ mịn của sản phẩm.

Việc sàng lọc trung gian giữa các giai đoạn sẽ loại bỏ những tài liệu đã đáp ứng đặc điểm kỹ thuật để nó không bị-bỏ qua. Bước này là cách hiệu quả nhất để kiểm soát lượng bột mịn không mong muốn trong sản phẩm dạng cục.

Kiểm soát ô nhiễm trong quá trình giảm kích thước là rất quan trọng. Các bộ phận bị mài mòn trong buồng nghiền sẽ giải phóng sắt vào sản phẩm khi chúng mòn, do đó việc lựa chọn vật liệu lót và tần suất thay thế có ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng sắt trong silicon thành phẩm.

Sàng lọc và phân loại kích thước

Kim loại silicon được bán theo một phạm vi kích thước chứ không phải một kích thước duy nhất và phạm vi này thường được biểu thị bằng milimét đối với vật liệu dạng cục và bằng lưới đối với bột.

Hình thức sản phẩm	Ký hiệu kích thước điển hình	Công dụng chính
cục	10-50mm, 10-100mm	Khử oxy và bổ sung hợp kim thép
dạng hạt	1-3mm, 3-8mm	Cấy đúc và bổ sung liên tục
Bột, thô	Lưới 16-60	Hợp kim nhôm, cho ăn bằng trọng lực
Bột, vừa	Lưới 60-120	Khử oxy và hợp kim chung
Bột, mịn	120-200 lưới	Nguyên liệu hóa học, chất bổ sung hòa tan nhanh-

Một màn hình rung có hai hoặc ba sàn tạo ra nhiều vết cắt trong một lần chạy. Vật liệu quá cỡ sẽ được đưa trở lại nhà máy và vật liệu có kích thước nhỏ hơn sẽ được bán dưới dạng loại mịn riêng biệt hoặc được pha trộn lại nếu thông số kỹ thuật cho phép. Bởi vì mỗi bước sàng lọc tiêu tốn năng lượng và làm giảm năng suất, giá bột sẽ tăng khi vết cắt trở nên mịn hơn.

Rửa axit và điều chỉnh độ tinh khiết

Trường hợp cần hàm lượng sắt và nhôm thấp, silic nghiền được xử lý bằng axit loãng rồi rửa bằng nước sạch cho đến khi loại bỏ hết axit dư. Quá trình xử lý tấn công các pha giàu sắt-nằm trên ranh giới hạt và hòa tan một phần kim loại bề mặt, do đó vật liệu đã rửa có hàm lượng sắt và nhôm thấp hơn so với cùng một vật liệu chưa được rửa. Hiệu quả lớn nhất đối với các phần mịn vì diện tích bề mặt có sẵn của axit lớn hơn.

Ba điều kiện thực tế chi phối kết quả. Nồng độ axit và nhiệt độ quyết định mức độ tấn công mạnh mẽ của bề mặt. Thời gian lọc xác định mức độ thâm nhập của cuộc tấn công. Bước rửa và sấy khô xác định xem axit dư hoặc hơi ẩm có còn sót lại hay không, cả hai đều ảnh hưởng đến quá trình sử dụng tiếp theo. Vật liệu chưa được-rửa sạch có thể ăn mòn bao bì và gây ra các mối nguy hiểm khi xử lý, vì vậy việc làm khô và trung hòa là một phần của quy trình chứ không phải là điều cần suy nghĩ lại.

Khử bụi, đóng gói và kiểm soát chất lượng

Quá trình khử bụi loại bỏ các hạt mịn được tạo ra trong quá trình nghiền và sàng lọc. Bộ lọc túi và máy phân tách lốc xoáy là những thiết bị thông thường và bụi thu hồi thường được bán riêng dưới dạng loại mịn thay vì loại bỏ.

Việc phát hiện kim loại và tách bằng từ tính sẽ loại bỏ các mảnh vỡ của thiết bị nghiền mà nếu không sẽ xuất hiện dưới dạng ô nhiễm sắt trong thành phẩm.

Việc chuẩn bị và phân tích mẫu xác nhận hàm lượng silicon, sắt, nhôm và canxi trong mỗi lô trước khi xuất xưởng. Cấp độ là một hứa hẹn về hóa học, vì vậy kết quả phân tích sẽ chi phối nhãn cấp độ hơn là thiết lập quy trình.

Bao bì được chọn theo dạng sản phẩm: vật liệu dạng cục trong túi số lượng lớn hoặc dạng trống, bột trong túi chống ẩm-kín để ngăn bụi và- tích tụ hơi ẩm.

Hồ sơ truy xuất nguồn gốc liên kết lô đã giao với lô lò và với hồ sơ sàng lọc và rửa, điều này cho phép khách hàng giải quyết tranh chấp bằng dữ liệu thay vì tranh luận.

Mục tiêu hóa học và chế biến lớp

Lộ trình xử lý được chọn để đạt đến cấp độ quy định và cấp độ được xác định bởi hàm lượng sắt, nhôm và canxi tối đa cho phép. Bảng dưới đây liệt kê các chất hóa học mà các lớp chính yêu cầu.

Cấp	Si (phần trăm tối thiểu)	Fe (phần trăm tối đa)	Al (phần trăm tối đa)	Ca (phần trăm tối đa)
Kim loại silicon 2202	99.58	0.2	0.2	0.02
Kim loại silicon 3303	99.37	0.3	0.3	0.03
Kim loại silicon 411	99.4	0.4	0.1	0.1
Kim loại silicon 421	99.3	0.4	0.2	0.1
Kim loại silicon 441	99.1	0.4	0.4	0.1
Kim loại silicon 551	98.9	0.5	0.5	0.1
Kim loại silicon 553	98.7	0.5	0.5	0.3

Đọc cùng nhau, các cấp độ sẽ cho thấy tại sao độ sâu xử lý lại tuân theo đặc điểm kỹ thuật. Việc chuyển từ 553 lên 441 đòi hỏi giới hạn nhôm và canxi chặt chẽ hơn và có thể đạt được bằng cách lựa chọn và sàng lọc nguyên liệu thô cẩn thận. Việc đạt đến 411 hoặc 421 đòi hỏi phải kiểm soát nhôm chặt chẽ hơn, do đó đòi hỏi phải có-chất khử nhôm thấp và thiết bị sàng lọc sạch. Để đạt được 2202 đòi hỏi phải kiểm soát đồng thời cả ba tạp chất và thường được hỗ trợ bằng cách rửa axit, phân loại bổ sung và thực hành nấu chảy chuyên dụng. Các thành phần hóa học và phạm vi kích thước khác có thể được sản xuất theo đơn đặt hàng khi thông số kỹ thuật của khách hàng khác với các loại tiêu chuẩn.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Các bước chính trong quá trình xử lý silicon công nghiệp là gì?
Trình tự này là nghiền sơ cấp và thứ cấp, nghiền, sàng lọc trung gian và cuối cùng, rửa axit khi cần hàm lượng sắt hoặc nhôm thấp, khử bụi, phát hiện kim loại, lấy mẫu và phân tích, và cuối cùng là đóng gói. Lộ trình cụ thể được lựa chọn phù hợp với hạng và kích thước mà khách hàng đã chỉ định.

Hỏi: Tại sao việc nghiền và sàng lọc được thực hiện trong nhiều giai đoạn?
Một bước giảm thiểu duy nhất sẽ lãng phí năng lượng và tạo ra quá nhiều tiền phạt. Việc sàng lọc giữa các công đoạn sẽ loại bỏ vật liệu đã đáp ứng đặc điểm kỹ thuật, do đó nó không-nằm trên mặt đất và phần quá khổ sẽ được trả lại cho nhà máy. Điều này giúp kiểm soát sự phân bổ kích thước và giảm thất thoát sản phẩm bán được theo khối.

Hỏi: Rửa bằng axit có tác dụng gì?
Việc rửa trôi bằng axit loãng sẽ tấn công các pha giàu sắt-trên bề mặt và dọc theo ranh giới hạt của silicon đã nghiền nát, sau đó vật liệu được rửa sạch và sấy khô. Kết quả là hàm lượng sắt và nhôm trên bề mặt thấp hơn, ảnh hưởng lớn nhất đến các phân số mịn vì chúng có diện tích bề mặt lớn hơn.

Q: Kích thước của kim loại silicon được thể hiện như thế nào?
Vật liệu cục được mô tả bằng milimét, chẳng hạn như 10-50 mm, trong khi bột được mô tả bằng lưới, chẳng hạn như lưới 16-200. Vật liệu dạng hạt nằm giữa hai loại và thường được mô tả bằng milimét, ví dụ 1-3 mm hoặc 3-8 mm để sử dụng trong xưởng đúc.

Hỏi: Quá trình xử lý có làm thay đổi hàm lượng silicon không?
Quá trình xử lý chủ yếu thay đổi sự phân bố kích thước và tính chất hóa học bề mặt. Hàm lượng silicon của một loại được xác định phần lớn bởi điện tích lò và chất lượng chất khử, trong khi quá trình nghiền, sàng lọc và rửa được sử dụng để giữ hàm lượng sắt và nhôm trong giới hạn mà loại đó cho phép.

Hỏi: Lớp nào yêu cầu xử lý sâu nhất?
Các loại như 2202, hạn chế sắt, nhôm và canxi cùng một lúc, đòi hỏi phải thực hành cẩn thận nhất: chọn lọc nguyên liệu thô-có tạp chất thấp, thiết bị nghiền và sàng lọc sạch, cũng như rửa axit và phân loại bổ sung. Các loại tiêu chuẩn như 553 chỉ cần nghiền, sàng lọc và khử bụi.

Hỏi: Chất lượng sản phẩm được xác minh như thế nào trước khi giao hàng?
Mỗi lô được lấy mẫu và phân tích để tìm silicon, sắt, nhôm và canxi, đồng thời sử dụng phương pháp tách từ và phát hiện kim loại để loại bỏ các mảnh sắt do mài mòn của thiết bị nghiền. Kết quả phân tích chứ không phải cài đặt quy trình sẽ xác định cấp được khai báo.