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金刚线切割废料浆制备高纯硅粉干燥工艺和真空圆盘干燥机

信息来源:本站 | 发布日期: 2018-11-07 | 浏览量:
关键词:硅粉干燥机,真空圆盘干燥机,转盘式干燥机,金刚线切割废料烘干机
      进入21世纪,全球各国为了应对日益严重的能源和环境问题,大力发展可再生能源,其中太阳能被认为是可再生能源中最具发展前景的。而太阳能光伏发电装置主要是太阳能电池,其中以晶体硅为主要原料制作的太阳能电池占所有太阳能电池原料的95%以上,今后也依然是太阳能电池的主流材料,因此太阳能级多晶硅是光伏产业链可持续发展的重要基石,光伏产业的高速发展使得晶体硅的需求量迅速增加。
      晶体硅太阳能电池的制备流程包括原料的制备、硅片的制备、电池片的制备等,其中硅片的制备就是利用多线切割机金刚线切割硅锭的过程。随着金刚线切割技术不断发展,金刚石线锯从用于硅锭切方逐步用于硅片的切割,目前在日本部分企业已经采用该技术用于硅片的切割, 国内也有不少企业在进行硅片切割实验,估计将来会较大规模使用。但使用金刚石线锯切割硅片所产生的废浆料仍然含有40%以上的硅粉,这部分硅粉如不能回收利用,则无法有效降低硅片的生产成本。因此,从废浆料中回收多晶硅必然有很重要的现实意义,从金刚石线锯切割硅片废料浆中回收和制备高纯硅粉具有很强的紧迫性。

金刚线切割废料浆处理方法
      目前,国内普遍采用的渣浆处理方法有直接水解法和干燥水解法,近年来也相继出现新的萃取法和精馏法,但均未工业化。
      直接水解法首先将需要处理的液体送入渣浆收集槽,然后用氮气将液体压出,送入渣浆淋洗塔并用10%NaOH碱液进行洗涤,此时废液中的氯硅烷与NaOH和水发生反应而被转化成无害的物质。随着多晶硅生产工艺的发展和设备的大型化,生产规模越来越大,由于直接水解法消耗水量大,已逐渐不再适用。
      干燥水解法首先将含固量20%的渣浆加入干燥机,利用间接加热分离出氯硅烷并冷凝回收,使渣浆含固量达到80%左右,然后进入碱液水解槽中进行水解反应。目前,新建的多晶硅厂均采用干燥水解法处理渣浆,该方法可回收部分氯硅烷,减少水解量,从而降低水的消耗量和废气排放量。

金刚线切割废料浆干燥水解工艺
      干燥水解法的工艺流程为: 首先将收集到的料浆连续、小流量地送入干燥机,干燥机采用低压蒸汽夹套,将氯硅烷从料浆中蒸发出来;然后通过干燥机过滤器捕集排气中的固体;将含有大量氯硅烷的蒸汽送入回收氯硅烷冷凝器被水冷却冷凝,冷凝液收集在氯硅烷收集槽,然后循环至三氯氢硅合成工序;不凝性气体送至工艺放空气洗涤器;最后料浆在干燥机中浓缩(最大含固量约80%),经过螺旋给料机计量排入水解槽在10%(wt)石灰水中水解干燥机使用低压蒸汽将料浆蒸发是为了防止重组分氯硅烷和金属氯化物蒸发,需要注意的是蒸汽温度应不高于 135℃ 少量的金属氯化物保留在回收的液体中,被泵送到急冷塔以回收四氯化硅并去除金属氯化物。

切割废料浆制备高纯硅粉干燥机的选择
      干燥机是渣浆处理工序的核心设备,其安全可靠性决定了工序的运行稳定性。渣浆处理工序中有两种干燥方式: 间歇操作的耙式干燥机和连续操作的真空圆盘干燥机。
      1、耙式干燥机
      耙式干燥机是一釜一釜的干燥,属于间歇操作,过程不连续,约每90min就要重复进行加料和卸料的过程,操作频繁,导致工人劳动强度大;且渣浆中的挥发分属于易燃易爆易腐蚀气体,影响人身安全。
      耙式干燥机是利用有限的容积先一次盛装渣浆,再利用蒸汽间接加热,使渣浆中的挥发分蒸发。由于耙式干燥机容积有限,因此处理量不能提高。就渣浆干燥来说,3条生产线需要6台耙式干燥机。
      耙式干燥机烘干一批物料干燥约3~4h,初始热效率在80%左右,而随着浆料干燥时间的推进干燥热效率呈明显下降趋势。工业应用中发现,渣浆一次性进入干燥机会导致物料干燥在时间分布上极不均匀,干燥机内部压力波动,长时间运行时轴端密封存在隐患;渣浆完全干燥后的氯硅烷蒸汽会夹带大量粉尘,后续冷凝器的前部过滤器将频繁堵塞,严重影响装置的连续运行;蒸发后的粉料一次性进入后续水解罐会导致水解罐工作负荷骤然变大,且粉料进入水解罐时罐内水汽易窜入干燥机内部。


      2、真空圆盘干燥机
       真空圆盘干燥机利用蒸汽间接加热,在渣浆连续加入过程中使挥发分连续蒸发、连续出料,提高了旋转式圆盘干燥机的容积利用率, 大大增加了处理量。而且其工作过程连续,工人劳动强度较低。就渣浆干燥来说,只需要进行一次加料和卸料过程,操作简单,安全系数较高。

      真空圆盘干燥机的体积传热系数、气固两相接触和干燥时间与耙式干燥机几乎相同,连续性批量干燥时间一般约10~15min,热效率稳定在80%左右。旋盘干燥机将物料均匀地分散至单位时间上,物料进入干燥机的速率均匀,单位时间进料量较小,干燥机各项运行参数均较为平稳;干燥机干燥后的产品形态为膏状物,蒸发出的为纯净氯硅烷蒸汽,冷凝器前部过滤器堵塞几率大幅下降;蒸发后的膏状物通过螺杆泵连续、均匀地输送至后续水解罐,因干燥后的物料体积和重量显著降低,分散至单位时间上的物料就更少,因此水解罐工作极为平稳,螺杆泵密封性较好水解罐内水汽无法窜入干燥机内部。


高纯硅粉专用真空圆盘干燥机  设备结构
      真空圆盘干燥机壳体由设备内壁和外夹套组成,其中夹套设计成蜂窝状,即在夹套壁面上有规律地冲出许多翻边向里的凹形圆孔,翻边与内壁焊接,以增加强度。干燥机壳体设计为整体结构,在顶部设有人孔和视镜,既方便观察和维修,又避免了由于干燥机狭长密封面的泄漏而造成的氧化反应,顶部穹顶结构设计加强了设备整体强度。

      空心热轴和空心圆盘叶片结构是渣浆旋转式圆盘干燥机的关键部件,旋转式间接干燥机有两根空心热轴,两轴旋转方向相反,均向着设备中心线方向,借助叶片上的辅助抄料板,把物料从中心推向壁面,又从壁面将物料向上提升,越过空心热轴,挤到设备中央。针对磨琢性比较强的物料,需要设置耐磨附件。


高纯硅粉专用真空圆盘干燥机  工作原理

      物料通过进料口进入干燥机内,干燥机的蜂窝夹套和两根空心热轴内都通入加热介质,通过夹套器壁和热轴的热传导,湿物料被间接加热、干燥;干燥机壳体倾斜,从进料到出料整体具有0.5~1.0°的倾角,固态物料在重力、叶片和抄板料的搅拌下逐渐向出料口移动,最后翻过溢流板从出料口卸出;干燥产生的挥发分蒸汽从排气口以微正压的方式进入后续处理工段。

      针对金刚线切割废料浆制备高纯硅粉干燥的工艺要求,真空圆盘干燥机是百得干燥开发设计的新型渣浆旋转式间接干燥机,连续进料流量小、停留时间短、传热效率高、投资低,适用于粘附性较强的膏状、糊状或团状物料以及易氧化分解、易燃易爆物质的干燥。真空圆盘干燥机能有效控制干燥介质和传热介质的消耗量,提高氯硅烷的回收率,同时减少环境污染,在一定程度上满足了多晶硅企业渣浆处理的要求。



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