[发明专利]基于磁阿基米德浮力的杂质分离方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种杂质于空间的分离提纯方法，特别是一种基于磁阿基米德浮力的杂质分离方法。

背景技术

在现代工业生产中对于杂质的分离提纯要求要来越高，原来的纯度标准已不能满足现在的要求。就以太阳能级多晶硅的分离提纯技术为例，目前93.5%以上的太阳能电池都采用硅为基材，其理想光电转换效率可达30%。此外，硅半导体耐高温、耐高电压、且制备工艺成熟，是目前可获得的纯度最高的材料之一。为了解决高能耗、高污染的问题，研究太阳能级硅的提纯制备方法具有极其重要的意义。

目前，处于世界主流的传统技术主要分为两种：改良西门子法和硅烷法，可他们都有各自的缺点。对于改良西门子法来说，它属于欧美淘汰的旧技术，成本高并且能耗高、污染重。而对于硅烷法，其安全性差并且危险性大，曾经发生过严重的爆炸事故，其次是产品纯度不高，但基本能满足要求。

发明内容

基于上述的现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于磁阿基米德浮力的杂质分离方法，利用杂质的质量差和体积磁化率之差实现空间上的自动分离。利用基于阿基米德原理的抗磁性悬浮，在普通梯度磁场下以顺磁性物质为溶质的溶液为介质，对抗磁性物质进行操控；在此基础上利用不同物质的质量差，在梯度磁场下实现利用抗磁性悬浮对其进行分离。

为达到上述目的，本发明的构思是：

磁阿基米德悬浮是指基于磁阿基米德效应的抗磁悬浮，将抗磁性物质置于顺磁性介质（例如GdCl3 水溶液、MnCl2水溶液或某些顺磁性气体）中，然后将它们放入磁场环境中，顺磁性介质会受到外磁场磁化，这时抗磁性物质除受重力和磁场对它的排斥力外，还受到顺磁介质对它的浮力，介质由于被磁场磁化也会对抗磁性物质产生一个抗磁力，抗磁性物质受力分析如图1所示，受力平衡如下：

其中：分别为顺磁性物质水溶液和抗磁性颗粒的密度，g为重力加速度，分别为顺磁性物质和抗磁性物质的体积磁化率，为真空磁导率，B为磁场强度，dB/dz为z方向上磁场梯度。当抗磁性物质在介质溶液中达到受力平衡后既能保持稳定的悬浮状态。同时如果相对地对磁场进行移动，抗磁性物质会相对磁场进行移动，从而保持新的稳态悬浮。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：

一种基于磁阿基米德浮力的杂质颗粒分离方法，其特征在于采用的设备包括空间梯度磁场，载体介质，被分离的杂质对象；其中被分离的杂质对象以载体介质为介质，同时载体介质置于空间梯度磁场之中，利用磁阿基米德浮力对质量不同的杂质进行空间上的自动分离。

所述空间梯度磁场为在某一固定方向有恒定磁场强度梯度的磁场，其衡量标准B*dB/dz的范围为0至5000T²/m。其可以为普通永磁铁，比如钕铁錋磁铁、橡胶磁铁、钐钴磁铁，也可以为螺旋线圈电磁铁等等。

所述载体介质为任意一种流体，所述载体介质为任意一种流体，其要求体积磁化率范围为-0.01~1.5。

所述被分离的固体对象为任意固体或是液体的杂质物质，有效分离直径范围ф为1μm至100mm。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：

本发明利用磁阿基米德悬浮的方法对质量不同、体积磁化率不同的固体颗粒进行分离，具有成本低廉，操作简便安全，装置便于维护等特点。同时本发明的设备体积小，投资费用和维修费用低廉也是相对于传统设备的一个优势所在。

附图说明

图1为本发明实施例1中整体布置的示意图。

图2为本发明实施例1中杂质受力平衡示意图。

图3为本发明实施例2中整体布置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步详细描述，

实施例1

如图1所示，本基于磁阿基米德浮力的固体颗粒分离方法采用的设备包括空间梯度磁场，载体介质2，被分离的固态对象3；被分离的固态对象3以载体介质2为介质，同时载体介质置于空间梯度磁场之中。.

在本实施例中，所述空间梯度磁场是由上下两块N极向对的钕铁錋磁铁1产生，其尺寸为5×5×2.5cm，从而可以在磁体表面产生0.4T左右的磁场，从而可以达到所需要的空间梯度磁场。

在本实施例中，所述被分离的杂质对象3为含有杂质的硅粉。

在本实施例中，所述载体介质2为顺磁性的GaCl₃水溶液，其摩尔磁化率为+0.028cm³/mol，浓度为1mol/ml。