砂浆在线回收离心机工艺调整对碳化硅分离质量的影响

砂浆在线回收离心机工艺调整对碳化硅分

离质量的影响

摘要：本文通过对在线回收系统工艺的研究，确定使用不同回收工艺对碳化硅回收质量的影响。碳化硅为砂浆的配比成分，而其作为硅片多线切割的主要材料之一，碳化硅回收质量的好坏对硅片切割的质量有着直接影响。结合流动颗粒图像分析仪FPIA3000对碳化硅颗粒粒径、圆度、颗粒分布进行检测，对不同回收工艺下碳化硅的检测情况；同时配合激光测径仪、电子拉力试验机对切割钢线进行检测从侧面了解碳化硅切割情况；最终通过生产应用确定砂浆回收系统分离频率、砂浆分离温度、液层厚度、进料流量等对碳化硅分离质量的影响。 关键词：砂浆、在线回收、离心机、微粉含量

前言

砂浆在线回收系统随着太阳能产业的发展而兴起，尤其是受到国际金融危机的影响，太阳能硅片价格低迷，使得国内许多的硅片切割企业开始把注意力转移到了砂浆在线回收系统上，以降低硅片的生产成本。在太阳能硅片切割过程中，切割下来的大量硅粉会混入切割砂浆中被系统带出。碳化硅微粉经磨削后部分破碎为颗粒度更小的微粉。硅粉和细颗粒度碳化硅含量达到一定程度时，砂浆不能满足切割工艺要求，只能从系统排出成为废砂浆。废砂浆的构成分为液体和固体两部分：其中的液体是大量的聚乙二醇和少量水，固体部分是粗颗粒碳化硅、细颗粒碳化硅、硅粉、少量金属屑。普通的离心分离是将液体和固体分离，而砂浆在线回收系统的目的是如何将可再利用的较大碳化硅颗粒分离出来进行回收，这也是我们主要研究的内容。本文着重对在线回收系统

图1 卧式离心机结构图

的工艺进行研究确定各项工艺变动对多晶硅片切割质量的影响并对实际生产提供有效指导。

在线回收系统

在线回收系统的核心部件为离心机。利用离心沉降原理,实现固相和液相组成的悬浮液或液-液-固组成的三相混合物的分离, 本文以LW350 × 1050N卧式螺旋沉降离心机为例研究在线回收系统工艺对切割质量的影响。

1、离心机工作原理

离心机由主电机、副电机、机罩、差速器、螺旋推料器、转鼓及一套电器控制柜

等组成,其中主副电机分别采用变频控制。其工作原理是: 砂浆经进料口进入转鼓,由于高速旋转产生的离心力作用,在转鼓内部被加速并形成一个圆柱液环层,密度较大的固态颗粒会沉积在转鼓内壁上,与转鼓作相对运动的螺旋叶片不断的将转鼓内壁上的固态颗粒刮下并推出排渣口。分离后的清液经液层调节板开口流出转鼓。

图

2影响离心机分离因素

2、影响离心机分离效果的因素 从影响离心机分离效果的因素着手对离心机的分离效果进行研究。其中离心机设计尺寸为离心机出厂既定参数，无法更改此文不于讨论。在既有离心机基础之上对离心机的分离效果进行实验验证。

2.1离心机频率

离心机的频率主要包括主频和副频，其中主频对应转鼓转速调整，副频对应差速调整。转鼓转速影响离心机的分离效果和单位时间内的处理量。转速越高 ,离心力越大 ,固体颗粒的沉降速度越快 ,离心机的分离因数越高，但砂浆中的微粉是无效切割粒子，离心力过大会将过多无效切割粒子分离出来对砂浆回收质量起负面因素。差速决定了螺旋推料器的排料速度,它的大小影响离心机的分离效果和处理能力。转速觉得固相沉降速度、差速觉得排料速度，因此要转速和

差速的合理配合，达到需求的固相达到转鼓壁时排料推进器将固相排出从而到达预期的分离效果。

2.2砂浆分离温度

温度是对砂浆粘度影响最大的一个因素，同时粘度也是影响分离效果的因素之一。液体的粘度越大对固体表面形成的张力束缚越大，在切割过程中这一特性能很好的将砂浆中的碳化硅悬浮并携带入切割缝隙参与切割。但是在离心分离过程中需要降低砂浆的粘度来降低液体对固体的束缚力从而利于固液的分离。

图

3砂浆粘度随温度变化曲线

温度对砂浆的粘度影响较大，随着温度的变化砂浆的粘度会发生明显变化。如图2所示，随着温度的升高砂浆的粘度不断降低，因此提升温度能提升砂浆的分离效果。

2.3液层厚度

液层厚度即砂浆在离心机中的液位高度,它直接影响分离效果和离心机的震动程度,同时也决定了清液在离心机内的停留时间。当进料量一定时,液层厚度越大,料液在离心机内的停留时间就越长,达到的分离效果就越好,但对于砂浆回收来说，液层过厚会导致大量的无用小颗粒被分离出来，降低可用砂所占的回收比例，降低回收效果。同时合理更换液层调节板可以改善离心机的

分离效果,但必须确保所有液层板都安装在相同的高度上,而且不同规格的液层板不能混用,否则将会导致离心机受力不均匀,产生剧烈震动。由此可见合理的液层厚度也是维持离心机最佳工作状态的重要因素。

2.4进料流量

进料流量的大小对离心机的回收率及分离效果影响较大。进料流量小，料液在转鼓内的轴向流速也小，物料在机器内停留时间则长，分离效果提高，同时回收率提高；进料流量增大，轴向流速也增大，物料在机器内停留时间减少，分离效果随之下降，回收率降低。进料流量越小分离效果越好，但是这是指固液的分离。砂浆回收的主要目的是要将其中不利于切割的小颗粒碳化硅分离出去，因此流量太小也会导致砂浆中的无用小颗粒被回收，同时对离心机的生产能力有明显影响。

离心机工艺调整对分离质量影响

硅片切割主要是钢线携带砂浆进行研磨的滚动式切割，而起主导作用的就是砂浆中的碳化硅。在碳化硅几个主要的参数当中，粒型、粒径、圆形度及微粉含量在切割中起到了至关重要的作用；本文主要对离心机可以影响的微粉含量进行讨论，从而确定在线回收系统工艺对切割质量的影响。微粉含量在回收碳化硅中体现尤为明显，碳化硅的制作过程中尤其是碳化硅从废砂浆回收过程中，微粉很难处理干净，一般指粒径小于2μm的颗粒（本文以小于3um为界限），微粉存在过多的话，切割过程中微粉会对碳化硅形成包裹，从而使碳化硅的切割能力下降，影响硅片质量。

1、离心机频率调整

对在线回收系统离心机参数进行单独调整，维持进料流量10L/min，进料温度34℃，液层厚度控制挡板中位档。同时对分离的一次重液即分离固体中碳化硅通过FPIA3000检测确定微粉含量。 频率 差速 回收率 微粉

80% 8.0% 21.6、18.3 6 69% 5.7% 20.

5、17.2 6 62% 6.6% 19.9、14.3

68%

7.1%

表

1不同频率回收率及微粉变化

由表1可以看出在不同频率下砂浆的回收率和微粉含量不同，在差速相同的情况下主频越大回收率越高，主频相同的情况下差速小回收率越大，但此时要考虑流量和设备出料量的匹配，如果进料流量大于出料量那么多余的砂浆就会从排液孔排出造成回收率下降因此表1中出现在主频一定的情况下

差速小的回收率反而小，但这也会降低分离固体中的微粉含量，同样对砂浆的浪费也会增大。同时需要考虑高频率下对设备的损耗也会加大。

2、砂浆分离温度调整

维持进料流量10L/min，离心机频率19.9HZ、14.3HZ，液层厚度控制挡板中位档，对在线回收系统砂浆分离温度进行调整，并对分离的一次重液中碳化硅微粉含量进行检测。 砂浆温度 砂浆粘度 回收率 微粉

271.4 62% 12.1% 33.5

123.2

68%

6.7%

表

2不同分离温度对回收率及微粉影响

如表2所示，随着温度的升高砂浆的粘度会有明显的下降。砂浆粘度降低后有利于砂浆中的碳化硅分离，回收率会有所提升，同时分离效果也会越好。需要注意的是砂浆中的聚乙二醇在120℃是会发生分解，因此要考虑加热设备与砂浆接触面的温度不易过高以防聚乙二醇受热分解。

3、液层厚度调整

离心机的分离液层厚度主要受排液位置影响，排液位置越接近转鼓中心轴液层厚度越大。维持进料流量10L/min，离心机频率19.9HZ、14.3HZ，砂浆分离温度34℃对比不同液层厚度下的分离效果。 排液位置 回收率 微粉

8.2% 表

3不同液层厚度对回收率及微粉变化

根据设备自带的调节液层厚度方式对液层厚度进行高、中、低三档对比液层厚度对微粉含量变化影响。液层厚度越高回收率越高，微粉含量也会随之增加。但不能完全依据此调整降低回收碳化硅中的微粉含量，因为随之液层厚度的降低回收率也会降低，也就意味着更多的可用碳化硅随液体排出离心机。

4、进料流量调整

设定离心机频率19.9HZ、14.3HZ，砂浆分离温度34℃，液层厚度中档，对比不同进料流量对分离效果的影响。 流量 回收率 微粉

7.7% 表4

不同流量回收率及微粉变化

通过表1可以看出在维持其他参数不变的情况下，调整流量会对碳化硅的回收率有明显变化。其他参数不变，流量越大回收率越小，但是随着流量的增加微粉的含量也会随之增加，尤其在进料流量大于排料能力的时候这一情况会表现的尤为明显。

结论

砂浆在线回收系统的可调因素及对切割质量影响的4个主要方面：

① 离心机频率：主频越高回收率越高，回收效果越好，但要考虑微粉含量对切割的影响及设备损耗。离心机频率是在线回收系统的主要调整参数。

② 砂浆分离温度：砂浆分离温度越高，粘度越低分离效果越好，这里主要考虑加热方式及设备成本。其次加热温度不易过高，温度过高操作危险系数升高以及砂浆中的聚乙二醇有可能分解。

③ 液层厚度：液层厚度越小固体分离效果越好，但是液层厚度过小也会影响砂浆中碳化硅的回收利用率，同时液层厚度也会受设备本身设定的局限性。

④ 进料流量：砂浆的进料流量越大砂浆的回收率越小，分离效果越好，但当流量大的一定程度后微粉含量会增大，分离效果会直线下降。同时进料流量和设备设计有关，受排料量影响，当进料大于排料后分离效果会明显下滑。此外进料流量也直接影响设备的产能。进料流量是砂浆回收系统的主要调整参数。 参考文献：

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