利用干冰对电子级多晶硅进行清洗的方法与流程

1.本发明涉及多晶硅生产技术领域，尤其涉及利用干冰对电子级多晶硅进行清洗的方法。


背景技术：

2.电子级多晶硅在生产破碎过程中，破碎台的附近会产生大量的硅粉，这些硅粉会附着于硅块的表面，硅块进入酸洗机后，增加带入酸洗机内的污染物的几率，影响酸洗的清洗效果。此外，在破碎过程中，存在人员进行挑拣的情况，但由于硅块的边缘较为锋利，会导致人员穿戴的丁腈手套被划破并掉落些许碎片附着在硅块表面，附着的丁腈碎片是一种高碳污染物，被带入拉晶炉后，会引发单晶棒局部缺陷，甚至会导致拉晶失败。
3.因此，现有的电子级多晶硅的清洗方法仍有待进一步改进。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用干冰对电子级多晶硅进行清洗的方法，以达到有效去除各个处理过程中可能引入的油脂，实现附着在硅块表面的硅粉、非硅物与硅块的有效分离，减少硅块表面的颗粒物，进而减少被带入酸洗机内的污染物。
5.在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用干冰对电子级多晶硅进行清洗的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：在对破碎得到的多晶硅料进行筛分的过程中，以保护气或压缩空气为载气，利用干冰对所述多晶硅料进行吹扫清洗，其中：吹扫的压力为6～8公斤力，吹扫的流速为0.8～1.2m/s。发明人发现，干冰在常压、高于-78.5℃(尤其是高于0摄氏度以上的温度环境，如室温)的条件下可以直接从固态升华至气态，将高速干冰喷射在多晶硅料的表面，干冰的升华会带走硅料表面附近大量的热量，降低硅料表面附着的油脂温度，使之被冷冻、脆化，由于硅的热膨胀系数与油脂的热膨胀系数不同，油脂在脆化后，会发生蜷曲现象，局部开裂，在高速气体的吹扫下，加速脱落，从而起到去污作用。另外，在对破碎得到的多晶硅料进行筛分的过程中，产生的硅粉会被干冰融化携带的水汽加湿，加重，同时硅块表面的颗粒、pe丝、丁腈手套等非硅物会急速的被冷冻，进行脱落，在筛分过程中硅粉颗粒及非硅物通过筛孔划出，从而起到去除硅粉及非硅物的效果。由此，该方法操作简单、方便，无需任何湿化学处理，不仅可以有效去除各个处理过程中可能引入的油脂，还能实现附着在硅块表面的硅粉、非硅物与硅块的有效分离，减少硅块表面的颗粒物，进而减少被带入酸洗机内的污染物。
6.另外，根据本发明上述实施例的利用干冰对电子级多晶硅进行清洗的方法还可以具有如下附加的技术特征：
7.根据本发明的实施例，对破碎得到的多晶硅料进行预筛分除尘；对预筛分除尘得到的多晶硅料进行再次筛分，在再次筛分过程中利用干冰对所述多晶硅料进行吹扫清洗。
8.根据本发明的实施例，所述载气为压缩空气。
9.根据本发明的实施例，利用筛分机对破碎得到的多晶硅料进行筛分，利用干冰吹扫机对所述多晶硅料进行吹扫清洗，在开启所述筛分机前，预先开启所述干冰吹扫机；在关闭所述筛分机后，再关闭所述干冰吹扫机。
10.根据本发明的实施例，所述干冰吹扫机包括干冰投放孔、载气进气管线和混合气出气管线，所述干冰投放孔位于所述干冰吹扫机上部，所述载气进气管线和所述混合气出气管线分别独立地能承受6～10公斤力的压缩空气。
11.根据本发明的实施例，所述吹扫清洗的温度不低于17℃，优选于17℃至室温的温度区间内进行。
12.根据本发明的实施例，所述吹扫清洗的时间为5～10min。
13.根据本发明的实施例，对破碎得到的多晶硅料进行筛分的过程中，采用的筛板与水平方向呈倾斜设置，在从高到底的方向上，所述筛板上的筛孔孔径逐渐变大。
14.根据本发明的实施例，所述筛板与水平方向的夹角为10～25度；和/或，所述吹扫清洗方向与所述筛板设置方向的夹角为90
±
10度，优选90度。
15.根据本发明的实施例，利用筛分机对破碎得到的多晶硅料进行筛分时，先开启所述筛分机工作一段时间，再对所述多晶硅料进行筛分处理；
16.根据本发明的实施例，所述吹扫清洗于清洁环境中进行。
17.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是根据本发明一个实施例的干冰吹扫机的平面示意图。
具体实施方式
20.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
21.在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用干冰对电子级多晶硅进行清洗的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：在对破碎得到的多晶硅料进行筛分的过程中，以保护气或压缩空气为载气，利用干冰对所述多晶硅料进行吹扫清洗，其中：吹扫的压力为6～8公斤力，吹扫的流速为0.8～1.2m/s。发明人发现，干冰在常压、高于-78.5℃(尤其是高于0摄氏度以上的温度环境，如室温)的条件下可以直接从固态升华至气态，将高速干冰喷射在多晶硅料的表面，干冰的升华会带走硅料表面附近大量的热量，降低硅料表面附着的油脂温度，使之被冷冻、脆化，由于硅的热膨胀系数与油脂的热膨胀系数不同，油脂在脆化后，会发生蜷曲现象，局部开裂，在高速气体的吹扫下，加速脱落，从而起到去污作用。另外，在对破碎得到的多晶硅料进行筛分的过程中，产生的硅粉会被干冰融化携带的水汽加湿，加重，同时硅块表面的颗粒、pe丝、丁腈手套等非硅物会急速的被冷冻，进行脱落，在筛分过程中硅粉颗粒及非硅物通过筛孔划出，从而起到去除硅粉及非硅物的效果。由此，该方法操作简
单、方便，无需任何湿化学处理，不仅可以有效去除各个处理过程中可能引入的油脂，还能实现附着在硅块表面的硅粉、非硅物与硅块的有效分离，减少硅块表面的颗粒物，进而减少被带入酸洗机内的污染物。
22.根据本发明的实施例，载气吹扫的压力为6～8公斤力，例如可以为6公斤力、7公斤力、8公斤力等，吹扫的流速为0.8～1.2m/s，例如可以为0.8m/s、0.9m/s、1.0m/s、1.2m/s等，发明人发现，若载气吹扫的压力或吹扫的流速过小，难以获得有效的干冰吹扫力度，吹扫清洗的效果差；随着载气吹扫的压力或吹扫的流速增大，吹扫清洗的效果也会得到提升，但当载气吹扫的压力或吹扫的流速增大到一定程度后，继续增加载气吹扫的压力或吹扫的流速，对吹扫清洗效果进一步的改善的作用并不明显，同时还会显著增加对块状硅料吹扫清洗的成本；而通过控制载气吹扫的压力为6～8公斤力，吹扫的流速为0.8～1.2m/s，可以更好的兼顾对块状硅料的吹扫清洗效果及吹扫清洗的成本，实现块状硅料洁净度和经济成本的双赢。
23.根据本发明的实施例，当破碎得到的多晶硅料表面的硅粉或非硅物杂质较多时，可以先对破碎得到的多晶硅料进行预筛分除尘；再对预筛分除尘得到的多晶硅料进行再次筛分，在再次筛分过程中利用干冰对所述多晶硅料进行吹扫清洗，由此，可以预先除去多晶硅料的部分硅粉或非硅物杂质，从而不仅可以避免硅料中的硅粉或非硅物杂质太多影响后续对多晶硅料进行吹扫清洗的效率及效果，同时还能节约干冰用量，降低整体吹扫清洗成本，实现块状硅料洁净度和经济成本的双赢。
24.根据本发明的实施例，吹扫清洗时，既可以以保护气(如惰性气体或氮气)作为干冰吹扫的载气，也可以采用结净度较高的压缩空气作为干冰吹扫的载气，由此，可以避免引入新的杂质。优选地，可以采用压缩空气作为干冰吹扫的载气，发明人发现，干冰在常压下沸点为-78.5℃，即当温度高于-78.5℃干冰就会升华，并吸收周围物体的热量，使它们的温度降低到接近-78.5℃，干冰在升华过程中，可以使压缩空气中的水汽冷凝，进而有利于硅料中的硅粉以及非硅物凝结，进行脱落，由此结合筛分能够更好地去除硅粉及非硅物。
25.根据本发明的实施例，可以利用筛分机对破碎得到的多晶硅料进行筛分，利用干冰吹扫机对所述多晶硅料进行吹扫清洗，在开启所述筛分机前，可以预先开启所述干冰吹扫机；在关闭所述筛分机后，再关闭所述干冰吹扫机。由此，在对电子级多晶硅进行筛分的整个过程中能够保证均有干冰进行吹扫清洗，由此可以更彻底的实现对多晶硅料的吹扫清洗，进而获得洁净度更高的块状硅料。
26.根据本发明的实施例，参照图1，所述干冰吹扫机可以包括干冰投放孔10、载气进气管线20和混合气出气管线30，所述干冰投放孔10可以位于所述干冰吹扫机上部，所述载气进气管线20和所述混合气出气管线30可以分别独立地能承受6～10公斤力的压缩空气。具体的，干冰吹扫机可以安装在筛分机的头部，将硅料倒入筛分机中，开启干冰吹扫机，将高速干冰喷射在多晶硅料的表面，干冰的升华会带走硅料表面附近大量的热量，降低硅料表面附着的油脂温度，使之被冷冻、脆化，由于硅的热膨胀系数与油脂的热膨胀系数不同，油脂在脆化后，会发生蜷曲现象，局部开裂，在高速气体的吹扫下，加速脱落，从而起到去污作用；另外，筛分机在抖动过程中产生的硅粉会被干冰融化携带的水汽加湿，加重，同时硅块表面的pe丝、丁腈手套等非硅物会急速的被冷冻，进行脱落，从筛分机孔径较小的筛孔划出，起到有效分离硅粉、非硅物与硅块的效果，由此，采用冰吹扫机不仅可以有效去除过程
中引入的油脂，同时还可以将附着在硅块表面的硅粉、非硅物与硅块有效分离，减少硅块表面的颗粒数，进而减少被带入酸洗机内的颗粒物量。根据本发明的一些示例，载气进气管线和混合气出气管线的管径可以为dn25，且可以选用鸭嘴扁头的喷头，由此，可以进一步保证干冰和载气的混合气喷出后能够保持较高的吹扫压力及吹扫流速。
27.根据本发明的实施例，所述吹扫清洗的温度可以不低于17℃，例如可以是17℃、19℃、25℃、30℃等，发明人发现，在该温度条件下，既无需刻意控制环境温度，在常温常压下即可进行，而且干冰可以更快地直接从固态升华至气态，能更迅速地降低硅料表面温度，进而更有利于提高对硅料进行吹扫清洗的效率及效果。优选地，吹扫清洗可以于17℃至室温的温度区间内进行，由此，可以更好的兼顾吹扫清洗的效率及效果和经济成本。
28.根据本发明的实施例，所述吹扫清洗的时间可以为5～10min，具体可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min等，由此，可以确保能够获得较好的吹扫清洗效果。
29.根据本发明的实施例，对破碎得到的多晶硅料进行筛分的过程中，采用的筛板可以与水平方向呈倾斜设置，在从高到底的方向上，所述筛板上的筛孔孔径可以逐渐变大，其中该倾斜设置的筛板更有利于多晶硅料在筛板上的移动和分级筛分。由此，在筛分的过程中通过筛板振动和多级筛孔筛分，可以先去除小颗粒，如硅粉及非硅物，再去除粒径较小的硅块，最后得到符合粒径要求的硅块，由此可以进一步提高对硅粉及非硅物等小颗粒物杂质的吹扫效果，显著减少硅块表面的颗粒数，获得洁净度更高的块状硅料。
30.根据本发明的实施例，所述筛板与水平方向的夹角可以为10～25度，具体可以是10度、15度、20度、22度、25度等，由此，不仅可以方便颗粒下落，同时还可以控制颗粒的下落速率，保证筛分中的颗粒有适当的停留，避免出现因颗粒难以保持足够的筛分时间进而影响分离效果的问题；另外，所述吹扫清洗方向与所述筛板设置方向的夹角可以为90
±
10度，由此，可以进一步提高对块状硅料的吹扫清洗。优选地，吹扫清洗方向与所述筛板设置方向的夹角可以为90度，可以使得吹扫清洗的效果更佳。
31.根据本发明的实施例，利用筛分机对破碎得到的多晶硅料进行筛分时，可以先开启所述筛分机工作一段时间，再对所述多晶硅料进行筛分处理，即对多晶硅料进行筛分前可以先使筛分机预热，使得筛分机达到正常工作状态，从而能够进一步保证筛分效果。
32.根据本发明的一些示例，所述吹扫清洗可以于清洁环境中进行，由此，可以有效避免引入新的杂质，其中清洁环境中可以设有增加装置，以方便对清洁环境中的洁净空气进行增压获得清洁度更高的压缩空气。
33.下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
34.下述实施例中涉及的预筛分过程如下：
35.人员戴好防尘呼吸器、消音耳塞。调试好颗粒度测试仪，测试环境的颗粒度空白值；另外，筛分机中的筛板倾斜设置，在从高到底的方向上，筛分机中的筛板上的筛孔孔径逐渐变大，筛孔孔径为30～200mm，开启筛分机5min后，向筛分机中倒入500公斤多晶硅料；筛分10min后，回收筛上硅料；将筛上硅料平均分成5份，分别为样品1、样品2、样品3、样品4、样品5。
36.实施例1
37.将样品1再次倒入筛分机中，开启干冰吹扫机，将吹扫压力指示调到6公斤，筛分
5min后，停止筛分机。在筛分机30～200mm筛孔和筛板上方200～300mm处用颗粒度测试仪测试，分别记下1min之前、1min之后颗粒数的数据，记为数据1、数据2。
38.实施例2
39.与实施例1区别在于：将样品2再次倒入筛分机中，开启干冰吹扫机，将吹扫压力指示调到7公斤。
40.实施例3
41.与实施例1区别在于：将样品3再次倒入筛分机中，开启干冰吹扫机，将吹扫压力指示调到8公斤。
42.实施例4
43.与实施例1区别在于：将样品4再次倒入筛分机中，开启干冰吹扫机，将吹扫压力指示调到9公斤。
44.对比例
45.将样品5再次倒入筛分机中，筛分5min后，停止筛分机。在筛孔孔径为200～300mm的筛板上方用颗粒度测试仪测试，分别记下1min之前、1min之后颗粒数的数据，记为数据1、数据2。
46.表1为本发明实施例1～4和对比例1的不大于0.5μm的颗粒数总和的测试结果。其中，空白值为检测环境中不大于0.5μm的颗粒数。
47.表1 0.5μm颗粒数的实验记录表(counts/ft3)
[0048] 对比例实施例1实施例2实施例3实施例4空白值98547646871652466489吹扫压力/公斤无6789数据1(1min前)49871316135154971469515962数据2(1min后)32791512894143511368911561
[0049]
由表1可知，对比例测得的颗粒数分别为498713counts/ft3、327915counts/ft3，而实施例1～4测得的颗粒数显著降低，即采用干冰吹扫机，可以将附着在硅块表面的硅粉与硅块有效分离，进而可以大幅度降低硅料表面的颗粒。其中，随着吹扫压力增大，最终获得的块状硅料表面的颗粒数在总体上是呈下降趋势，实施例2和实施例3中测得的1min后颗粒数相对于实施例1更大的原因在于，干冰吹扫机是设在筛分机头部的，吹扫方向是自上而下的，而颗粒度测试仪是设在筛分机下游的筛板上方来进行颗粒测试的，包括两个测试点，硅料在两个测试点之间的振动下落时间为1min，干冰吹扫机开始吹扫时就对硅块表面有去硅粉粒作用，硅料越过干冰吹扫机，震动往后走，通过测试的两个点，在这两个测试点震动产生的颗粒数被颗粒度测试仪检测到，也就是说，颗粒度测试仪是通过测量环境中的颗粒数来间接获得硅料表面的颗粒数，测得的是硅料下落方向上方的颗粒数，环境中被测到的颗粒数越多，说明往下游走的粉尘数量越少，获得的硅料洁净度越高；另外，在筛分机头部，干冰吹扫机提供的剧烈气流方向是往下的，对粉尘颗粒有下压的效果，吹扫压力越大，对粉尘的下压效果也越明显；此外，干冰打在硅料上后其实硅料表面有回潮现象，可以起到降尘效果，筛板上有些地方会有潮湿硅粉，在一定的吹扫压力范围内，回潮现象随干冰吹扫压力增大也相对更明显，但从肉眼来看很难分别出来，而硅料留在筛板上的潮湿硅粉虽然可以降低往下游走的粉尘数量，但这部分硅粉被位于筛板上方200～300mm处的颗粒度测试仪检测
到的概率较低，由此，导致实施例3和4获得的硅料洁净度虽然更高，但出现了测得的1min后颗粒数相对于实施例2更大的现象。综上所述，综合经济成本和吹扫清洗效果，可以选择吹扫清洗的压力为6～8公斤。
[0050]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0051]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。