中国粉体网讯 当前，在光伏多晶硅原料的生产行业中，大多采用的是改良西门子法生产工艺，改良西门子法主要涉及5个环节，提纯以及尾气回收、其他氢化物的分离、硅合成、还原等技术，经过改良之后的方法具备安全性，能够制备高纯度的多晶硅，和其他方法相比，转换率最高。
改良西门子法（SiHCl3法）工艺流程简图
该方法机理即1050℃情况下基于氢气还原硅芯内的三氯氢硅，得到多晶硅以及逐步沉淀于硅芯之中。这一策略基于西门子企业推出的钟罩形式的还原炉为中心，又被称为化学气相产品法（CVD）还原炉。其原理是，先是以三氯氢硅作为原料气，三氯氢硅的热分解会直接产生硅单质元素，然后硅元素会不断沉积在强大的吸附力上，逐渐在硅芯上慢慢成长为最终的成品硅棒。根据CPIA统计，2020年西门子改良法生产的棒状原料硅已经占到全国硅料总产量的97.2%之多。
在改进的西门子法多晶硅制造工艺中，多晶硅于炉子内反应由此产生U形的硅棒。一个硅棒规格往往长度达到250公分，直径则为130±20毫米左右，质量达到270公斤。自炉子内取出硅原料，通常要经过破碎过程，最终才能形成硅材料包装成品。
U型多晶硅棒
待破碎的多晶硅棒
初步破碎后的多晶硅
多晶硅棒破碎是多晶硅后处理工序中相对独立的环节，将其破碎成块状或较小的结构，其主要目的就是将硅原料棒加工成下游厂家生产所需要规格的块状硅体商品。工业应用领域的多晶硅产品通常为块状。商业产品中，一般会把多晶硅产品制作成5kg和30kg包装袋规格，一些特殊领域对于高精度硅的纯度要求非常之高，甚至要求达到99.99999％以上高纯度标准。
多晶硅产品粒度分布
目前多晶硅加工的方法主要有人工破碎法、热淬破碎法、机械破碎法、高压脉冲放电技术破碎法。
人工破碎
人工破碎就是借助辅助工具直接通过人力将硅棒进行敲碎，从而实现硅棒的碎裂粒度需求。通常情况下，人们会使用含特殊物质的碳化钨锤以及合金锤等形式敲碎多晶硅棒。这里的破碎是由破碎锤快速下落接触多晶硅棒的一瞬间，对其施加的冲击力而带来的硅棒碎裂。
人工破碎法的缺点：破碎锤价格昂贵，破碎的硅粒易产生破碎的硅粉末，一般的操作环境不能有效保证多晶硅颗粒的纯度，人工碎裂效率不高，作业强度较大，同时存在大量粉尘等情况，粉碎过程中的操作员很容易吸入粉尘。此外，很容易对工人造成伤害，员工环境条件受到制约，产量满足不了日益发展的需要。
热淬碎法
热淬碎法是将硅原料棒置于加热炉中，根据热胀冷缩的原理改变晶体之间的结合力，先在600~700℃的高温环境下对其进行加热，然后立即将其取出并放入水中，通过快速浸泡在冷水中造成硅棒的主体上形成裂纹，然后再手动轻轻敲击它，以达到折断破碎硅棒的目的。
热淬破碎法缺点：代价较高，需要考虑加热方法、加热温度，需要额外增加保护气体等。
机械粉碎法
机械破碎已成功应用在较多行业，其中颚式破碎机和双辊式破碎机是较为常见的两种破碎方式，并且多晶硅破碎行业目前有较多厂家采用这种破碎方式。双辊式破碎机是将破碎物料经给料口落入两辊子之间，进行挤压破碎，成品物料自然落下。双辊式破碎机主要由辊轮组成、辊轮支撑轴承、压紧和调节装置以及驱动装置等部分组成，根据双辊式破碎机的结构及行业应用情况，双辊式破碎机适用于中细物料的破碎，需要将硅棒经过一次破碎以后再进行双辊式破碎，不能直接破碎硅棒。
双辊式破碎机的工作原理及结构示意图
颚式破碎机是由动颚和固定颚两块颚板组成破碎腔，模拟动物的两颚运动而完成物料破碎作业的破碎机。其工作原理是电机带动偏心轴，偏心轴旋转带动固定在其上的动颚板，动颚板周期性动向固定颚板靠近，从而两板之间的物料被挤压、搓动而碎裂。颚式破碎机对硅料尺寸无要求，可以根据实际情况进行调整；同时，可以用于直接破碎硅棒，产出需求尺寸的多晶硅块料。
高压脉冲放电技术破碎法
高压脉冲放电技术破碎法是利用硅原料的电磁性和机械性，通过设备制造出的高压，在高电压电场中，高压脉冲放电在硅棒表面产生大量的电荷，在极短时间内，通过特种高压电极将电脉冲轰击到浸没在去离子水中的硅原料棒上，受到激烈的瞬间电脉冲影响，该原料之间会出现内部振动裂解情况，并且能使硅原料保持较为完整的晶型分解。
资料来源：范哲，高压脉冲放电技术在硅原料破碎中的应用研究
（中国粉体网编辑整理/平安）
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