硅粉制备系统
技术领域
本实用新型特别涉及一种硅粉制备系统，属于多晶硅合成设备技术领域。
背景技术
多晶硅是微电子行业和光伏行业的基础材料，改良西门子法是当下制备多晶硅的主流方法，改良西门子法的特点是在钟罩式化学气相沉积(CVD)反应器中，以通电自加热至温度为900-1200℃的细硅芯为沉积载体，通入还原炉的三氯氢硅与氢气在热硅芯表面发生氢还原反应，被还原的硅沉积在硅芯表面，随着氢还原反应的进行，硅芯的直径逐渐变大，直至达到规定的尺寸，最终以多晶硅硅棒的形式采出，在多晶硅沉积过程会产生大量的四氯化硅。
四氯化硅低温氢化技术是目前通用的多晶硅中间产物四氯化硅的处理方法，其特点是以过渡金属氯化物作为催化剂，反应温度为500～600℃，使工业级硅粉、氢气、四氯化硅在流化态气氛下发生反应并产生三氯氢硅，具有高三氯氢硅收率、低能耗的特点。
实用新型内容
实用新型的主要目的在于提供一种硅粉制备系统，以克服现有技术中的不足。
为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
本实用新型实施例提供了一种硅粉制备系统，其包括：
原料混合装置，其至少用于混合物料，并将混合后的物料导入合成反应装置中，
合成反应装置，其至少使所述混合物料在预设条件下反应形成熔融态的硅粉前驱体；
造粒装置，其至少用于将所述熔融态的硅粉前驱体加工形成液滴状；
冷却装置，其至少用于对来自所述造粒装置的液滴状的硅粉前驱体进行冷却并形成固体颗粒；
收集装置，其至少用于收集并保存所述固体颗粒；
其中，所述原料混合装置、合成反应装置、造粒装置、冷却装置和收集装置依次连接；所述合成反应装置包括高温反应炉以及第一加热机构，所述高温反应炉包括并行设置在物料入口和物料出口之间的复数个反应炉管，所述第一加热机构包括同轴设置在所述反应炉管内部的电阻丝加热管，且所述电阻丝加热管与所述反应炉管的管壁无直接接触。
进一步的，所述物料入口经输入管道与所述原料混合装置连接，所述物料出口经输出管道与所述造粒装置连接，所述输入管道还与第二加热机构导热连接，所述第二加热机构至少用于对输入管道内的混合物料进行预加热，以及，所述输出管道还与第三加热机构导热连接，所述第三加热机构至少用于使经输出管道导出的硅粉前驱体保持熔融态。
更进一步的，所述第二加热机构包括设置在所述输入管道内部的电阻丝加热管，或者，所述第二加热机构包括设置在所述输入管道外部的厚膜加热器。
更进一步的，所述第三加热机构包括设置在所述输出管道外部的厚膜加热器。
在一些较为具体的实施方案中，所述反应炉管的管壁上还设置有导流结构。
进一步的，所述导流结构包括一个螺旋形导流片，所述螺旋形导流片连续环绕设置在所述反应炉管的管壁上，或者，所述导流结构包括复数个导流片，所述复数个导流片沿所述反应炉管的轴向依次间隔交错设置，所述导流片为扇形结构且其表面为连续的光滑曲面，所述导流片倾斜设置在反应炉管的内壁上。
进一步的，所述反应炉管倾斜设置在所述物料入口和物料出口之间。
在一些较为具体的实施方案中，所述反应炉管的一端经分流支管与所述物料入口连通，另一端经合流支管与所述物料出口连通。
在一些较为具体的实施方案中，在所述物料入口和/或分流支管的端口或内部还活动设置有一挡片，所述挡片与所述物料入口或分流支管的内壁活动连接，且所述挡片仅能被沿所述物料的行进方向被打开，所述挡片为与所述物料入口或分流支管相匹配的圆片形，且所述挡片的面积略小于所述物料入口或分流支管的截面面积。
在一些较为具体的实施方案中，所述硅粉制备系统还包括筛分装置，所述筛分装置设置在所述冷却装置与收集装置之间，并至少用于对冷却获得的固体颗粒进行筛选分类。
与现有技术相比，本实用新型实施例提供的一种硅粉制备系统，结构简单，使用和维护简单；该硅粉制备系统中的合成反应装置可以由混合物料的内部、外部对混合物料进行加热，加热效率更高、更均匀，且极大地提高了加热效率；另外，设置在物料入口和/或分流支管的端口或内部的挡片还能够有效防止合成反应装置内熔融态的硅粉前驱体导流回输入管道中，且还具有良好的封闭保温功能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型一典型实施案例中一种硅粉制备系统的结构示意图；
图2是本实用新型一典型实施案例中一种合成反应装置的结构示意图；
图3是本实用新型一典型实施案例中单个反应炉管的截面结构示意图；
图4是本实用新型一典型实施案例中物料入口或分流支管的结构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
氯化铜/氯化亚铜是四氯化硅低温氢化反应常用的催化剂，氯化铜/氯化亚铜催化剂的作用机理是，大于300℃温度条件下，在硅粉表面硅将氯化铜/氯化亚铜反应形成单质铜，单质铜进而在硅粉表面形成Cu-Si，对四氯化硅低温氢化反应有催化作用。
本实用新型实施例提供了一种硅粉制备系统，其包括依次连接设置的原料混合装置、合成反应装置、造粒装置、冷却装置和收集装置；其中，原料混合装置至少用于混合物料，并将混合后的物料导入合成反应装置中；合成反应装置至少用于使所述物料反应形成硅粉前驱体，并将所述硅粉前驱体加热至熔融态；造粒装置至少用于将所述熔融态的硅粉前驱体加工形成液滴状的硅粉前驱体；冷却装置至少用于对来自所述造粒装置的液滴状的硅粉前驱体进行冷却并形成固体颗粒；收集装置至少用于收集并保存所述固体颗粒；
以及，所述合成反应装置包括高温反应炉以及第一加热机构，所述高温反应炉包括并行设置在物料入口和物料出口之间的复数个反应炉管，所述第一加热机构包括同轴设置在所述反应炉管内部的电阻丝加热管，且所述电阻丝加热管与所述反应炉管的管壁无直接接触。
另外，所述物料入口经输入管道与所述原料混合装置连接，所述物料出口经输出管道与所述造粒装置连接，所述输入管道还与第二加热机构导热连接，所述第二加热机构至少用于对输入管道内的混合物料进行预加热，以及，所述输出管道还与第三加热机构导热连接，所述第三加热机构至少用于使经输出管道导出的硅粉前驱体保持熔融态。
如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
请参阅图1-图3，本实用新型一典型实施案例中一种硅粉制备系统，其包括依次连接设置的原料混合装置100、合成反应装置200、造粒装置300、冷却装置400、筛分装置500和收集装置600，其中，原料混合装置100至少用于混合物料，并将混合后的物料导入合成反应装置200中；合成反应装置300至少用于使所述物料反应形成硅粉前驱体，并将所述硅粉前驱体加热至熔融态；造粒装置300至少用于将所述熔融态的硅粉前驱体加工形成液滴状的硅粉前驱体；冷却装置400至少用于对来自所述造粒装置的液滴状的硅粉前驱体进行冷却并形成固体颗粒；筛分装置500至少用于对形成的固体颗粒进行筛选分类，收集装置600至少用于收集并保存所述固体颗粒。
具体的，请参阅图2，该合成反应装置200包括高温反应炉以及第一加热机构，高温反应炉包括并行设置在物料入口和物料出口之间的复数个反应炉管210，该复数个反应炉管21均由物料入口向物料出口倾斜设置，反应炉管21的轴向与水平方向之间的夹角为5-15°，加热机构包括同轴设置在反应炉管210内部的电阻丝加热管230，电阻丝加热管230与反应炉管210的管壁无直接接触，并能够由混合物料的内部直接对物料进行加热。
具体的，反应炉管210的内壁为由导热陶瓷形成的光滑壁面，且电阻丝加热管230的表面也设置有导热陶瓷涂层，该导热陶瓷涂层具有光滑表面；且该反应炉管210的内壁上还设置有导流结构211。
在一些较为具体的实施方案中，该导流结构211包括一螺旋形导流片，该螺旋形导流片自所述反应炉管210的一端连续环绕设置在反应炉管的管壁上。
在另一些较为具体的实施方案中，该导流结构211包括复数个间隔分布的导流片，该复数个导流片沿反应炉管的轴向依次间隔交错设置，该导流片为扇形结构且其表面为连续的光滑曲面，具体的，导流片可以倾斜设置在反应炉管的内壁上。
具体的，该复数个反应炉管210经一固定架设置在一保温套管内，该保温套管可以是金属管壳或陶瓷管壳，在该保温套管的表面还设置有厚膜电阻，该厚膜电阻用于由该反应炉管210的外部对反应炉管210进行加热。
具体的，该复数个反应炉管210的一端还经分流支管220与物料入口连通，另一端经合流支管与物料出口连通，该物料入口经输入管道700与原料混合装置100连接，该物料出口经输出管道800与造粒装置300连接；以及，该反应炉管210的一端经分流支管220与物料入口连通，另一端经合流支管与物料出口连通，该反应炉管的内径或截面面积与分流支管220的内径或截面面积相等，经输入管道700导入的物料被均等导入分流支管220中。
具体的，请参阅图4，在高温反应炉的物料入口和/或分流支管的端口处或内部还活动设置有一挡片240，该挡片240与物料入口或分流支管的内壁活动连接，且该挡片仅能被沿物料的行进方向被打开，因此该挡片240能够防止物料入口和/或分流支管内的物料由高温反应炉内熔融态的硅粉前驱体导流入输入管道内，并且，该挡片还能够有效防止反应炉管21内的热量散失，进而具有保温功能。
具体的，该挡片为与物料入口或分流支管相匹配的圆片形，且挡片的面积略小于所述物料入口或分流支管的截面面积，该挡片经一水平转轴与物料入口或分流支管连接，并能够以该水平转轴为轴在竖直平面在转动，具体的，该挡片的转动角度为大于0°且小于60°。
具体的，该输入管道700还与第二加热机构导热连接，该第二加热机构至少用于对输入管道700内的物料进行预加热，具体的，该第二加热机构可以是同轴设置在输入管道700内部的电阻丝加热管，或者，该第二加热机构可以是设置在输入管道700外部的厚膜电阻；例如，该厚膜电阻可以与输入管道700一体设置。
具体的，该输出管道800还与第三加热机构导热连接，该第三加热机构至少用于使输出管道内的硅粉前驱体保持熔融态；具体的，该第三加热机构可以是设置在输出管道800外部的厚膜电阻，例如，该厚膜电阻可以与输出管道800一体设置。
具体的，该原料混合装置100、造粒装置300、冷却装置400、筛分装置500和收集装置600等均为业界使用的常规设备，例如，该原料混合装置100可以是搅拌混合釜等搅拌混合设备，该造粒装置可以是挤压造粒设备等，该冷却装置可以是风冷设备，该筛分装置可以是不同型号的筛网等设备。
具体的，该硅粉中铁(Fe)含量不低于0.01wt％，铜(Cu)含量不低于0.01wt％，
具体的，采用本实用新型一典型实施案例中提供的一种硅粉制备系统进行制备硅粉的流程可以包括：将铁粉、铜粉与氧化硅、氧化硅还原剂在原料混合装置100内混合均匀；经混合均匀的铁粉、铜粉、氧化硅和氧化硅还原剂进入合成反应装置中发生氧化硅的还原反应和硅与铜及铁的熔合作用进而形成熔融态的硅粉前驱体；来自合成反应装置的熔融态的硅粉前驱体在造粒装置内完成造粒步骤；冷却装置对来自造粒装置的硅粉前驱体液滴进行冷却，并形成固体颗粒；该固体颗粒经所述筛分装置筛分后保存于收集装置，其中，所述铁粉和铜粉的粒径不大于1mm。
具体的，该硅粉中铜(Cu)含量不低于0.2wt％,铝(Al)含量不低于0.5wt％,钴(Co)含量不低于0.01wt％。
具体的，采用本实用新型一典型实施案例中提供的一种硅粉制备系统进行制备硅粉的流程可以包括：将铝粉、钴粉、铜粉与氧化硅、氧化硅还原剂在原料混合装置100内混合均匀；经混合均匀的铝粉、钴粉、铜粉、氧化硅和氧化硅还原剂进入合成反应装置中发生氧化硅的还原反应和硅与铜及铁的熔合作用进而形成熔融态的硅粉前驱体；来自合成反应装置的熔融态的硅粉前驱体在造粒装置内完成造粒步骤；冷却装置对来自造粒装置的硅粉前驱体液滴进行冷却，并形成固体颗粒；该固体颗粒经所述筛分装置筛分后保存于收集装置，其中，所述铁粉和铜粉的粒径不大于1mm。
本实用新型实施例提供的一种硅粉制备系统，结构简单，使用和维护简单；该硅粉制备系统中的合成反应装置可以由混合物料的内部、外部对混合物料进行加热，加热效率更高、更均匀，且极大地提高了加热效率；另外，设置在物料入口和/或分流支管的端口或内部的挡片还能够有效防止合成反应装置内熔融态的硅粉前驱体导流回输入管道中，且还具有良好的封闭保温功能。
应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
