[发明专利]基于工业微波加热破碎硅料的连续生产工艺及装置

说明书

本发明主要应用于单晶硅或多晶硅棒/硅块料加热破碎的技术领域，特别涉及一种基于工业微波加热破碎硅料的连续生产装置，包括隧道式微波加热段、冷介质骤冷段及隧道式微波干燥段及传送装置，传送装置按照输送方向依次贯穿微波加热段、冷介质骤冷段及微波干燥段。本发明还包含基于工业微波加热的硅料破碎的连续生产工艺，物料通过履带式传输装置，顺序通过微波加热段、冷介质骤冷段和微波干燥段。此工艺以微波作为能量来源，利用微波在硅料内部均匀转换成热能的特性，在较低环境温度下，加热硅料。然后将加热后的硅料浸入冷却介质，再经过微波干燥，使硅料干燥。干燥后的硅料经轻微击打，可碎成均匀的、符合下游工艺需求的碎块。

技术领域

本发明涉及一种基于工业微波的硅料连续生产工艺及装置，主要应用于单晶硅或多晶硅棒/硅块料加热破碎的技术领域。

背景技术

太阳能资源丰富、分布广泛，是21世纪最具发展潜力的可再生能源。随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。在此背景下，全球光伏发电产业增长迅猛，产业规模不断扩大，产品成本持续下降。

在光伏产品生产过程中，随着技术的进步，近几年来太阳能电池组件的价格大幅下降，从而对整个产业链中的各个生产环节的高效节能提出了更高的要求。其中就包括对原生多晶硅或单晶硅大块料或棒料进行破碎过程，这是单晶硅拉制提纯过程中的一个必要环节。由于光伏电池组件对单晶硅的纯度要求非常高，通常达到9个9以上，为防止在破碎工程中操作过程对原料的污染，对硅棒或块料的破碎流程的工艺要求也非常严格。

在原来产量较小的情况下，一般采用人工，用硬质合金钢或碳化钨锤子，在洁净空间内对硅块或棒料进行手工破碎。虽然这个工艺存在劳动强度大、效率低、易污染和浪费严重的缺点，但由于其他工艺很难满足工况要求，此工艺一直被沿用。但随着产能的逐年提高，此工艺已经远远不能满足行业的需求。近些年来，不同商业机构和科研单位一直在不断开发新型的硅棒和硅块破碎的方法。主要集中在以下几个方向：

直接物理机械敲击或挤压破碎技术。在此类生产工艺中，一般采取颚式破碎机，通过两片金属板对物料进行挤压破碎；或通过滚筒挤压，当物料通过滚筒缝隙时，被挤压破碎；或经过旋转的带有金属棒的腔体，当物料经过时，被金属棒或锤打碎，例如：CN203044126U，CN105536920A，CN108654816A，CN108837921A，CN205517916U，CN207287535U，CN208244812U。此类技术，即便对金属表面进行过耐磨处理，但在持续生产过程中，极易造成保护层破损，从而使物料与金属面直接触造成金属离子污染，这对单晶硅拉制会造成致命的缺陷；

低温冷冻破碎技术，在此类技术中，硅料被进入液氮或液氩中，利用速冷造成的表面收缩，从而使物料破裂，例如：CN108405035A。此类技术对生产环境要求比较苛刻，产能低，成本高；

高压脉冲破碎技术，此技术利用“闪电”的原理，通过高压电弧，在硅料表面瞬间能量，造成硅料表面高温、高压，造成硅料的破裂，例如：CN108295994A。此类技术，高压电弧放电的时候，会造成硅料表面的局部高温烧结，从而影响终端产品的品质。同时此技术还存在能耗高、效率低等缺点。

热破碎技术，此类设备是通过外部热源，对硅料进行加热，待升到一定温度，再将硅料转移到冷却介质中，通过骤冷造成的表面收缩的不均匀性，引发硅料的破裂，例如专利CN201473321U中提到的技术。此类技术，一般采用电阻炉加热的方式，要达到硅料快速升温的目的，环境温度要求很高，这样极易造成硅料表面的氧化，从而影响终端产品的性能。如果降低环境温度，则加热时间过长，影响产率。

以上各类技术，多采用间歇生产，都存在不同程度的低效率、高能耗、产能低、物料浪费严重。更致命的是，这些工艺，都极易引入杂质，从而极大影响终端产品的品质。

发明内容