中國粉體網訊 當前，在光伏多晶硅原料的生產行業中，大多采用的是改良西門子法生產工藝，改良西門子法主要涉及5個環節，提純以及尾氣回收、其他氫化物的分離、硅合成、還原等技術，經過改良之后的方法具備安全性，能夠制備高純度的多晶硅，和其他方法相比，轉換率最高。
改良西門子法（SiHCl3法）工藝流程簡圖
該方法機理即1050℃情況下基于氫氣還原硅芯內的三氯氫硅，得到多晶硅以及逐步沉淀于硅芯之中。這一策略基于西門子企業推出的鐘罩形式的還原爐為中心，又被稱為化學氣相產品法（CVD）還原爐。其原理是，先是以三氯氫硅作為原料氣，三氯氫硅的熱分解會直接產生硅單質元素，然后硅元素會不斷沉積在強大的吸附力上，逐漸在硅芯上慢慢成長為最終的成品硅棒。根據CPIA統計，2020年西門子改良法生產的棒狀原料硅已經占到全國硅料總產量的97.2%之多。
在改進的西門子法多晶硅制造工藝中，多晶硅于爐子內反應由此產生U形的硅棒。一個硅棒規格往往長度達到250公分，直徑則為130±20毫米左右，質量達到270公斤。自爐子內取出硅原料，通常要經過破碎過程，最終才能形成硅材料包裝成品。
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處理工序中相對獨立的環節，將其破碎成塊狀或較小的結構，其主要目的就是將硅原料棒加工成下游廠家生產所需要規格的塊狀硅體商品。工業應用領域的多晶硅產品通常為塊狀。商業產品中，一般會把多晶硅產品制作成5kg和30kg包裝袋規格，一些特殊領域對于高精度硅的純度要求非常之高，甚至要求達到99.99999％以上高純度標準。
多晶硅產品粒度分布
目前多晶硅加工的方法主要有人工破碎法、熱淬破碎法、機械破碎法、高壓脈沖放電技術破碎法。
人工破碎
人工破碎就是借助輔助工具直接通過人力將硅棒進行敲碎，從而實現硅棒的碎裂粒度需求。通常情況下，人們會使用含特殊物質的碳化鎢錘以及合金錘等形式敲碎多晶硅棒。這里的破碎是由破碎錘快速下落接觸多晶硅棒的一瞬間，對其施加的沖擊力而帶來的硅棒碎裂。
人工破碎法的缺點：破碎錘價格昂貴，破碎的硅粒易產生破碎的硅粉末，一般的操作環境不能有效保證多晶硅顆粒的純度，人工碎裂效率不高，作業強度較大，同時存在大量粉塵等情況，粉碎過程中的操作員很容易吸入粉塵。此外，很容易對工人造成傷害，員工環境條件受到制約，產量滿足不了日益發展的需要。
熱淬碎法
熱淬碎法是將硅原料棒置于加熱爐中，根據熱脹冷縮的原理改變晶體之間的結合力，先在600~700℃的高溫環境下對其進行加熱，然后立即將其取出并放入水中，通過快速浸泡在冷水中造成硅棒的主體上形成裂紋，然后再手動輕輕敲擊它，以達到折斷破碎硅棒的目的。
熱淬破碎法缺點：代價較高，需要考慮加熱方法、加熱溫度，需要額外增加保護氣體等。
機械粉碎法
機械破碎已成功應用在較多行業，其中顎式破碎機和雙輥式破碎機是較為常見的兩種破碎方式，并且多晶硅破碎行業目前有較多廠家采用這種破碎方式。雙輥式破碎機是將破碎物料經給料口落入兩輥子之間，進行擠壓破碎，成品物料自然落下。雙輥式破碎機主要由輥輪組成、輥輪支撐軸承、壓緊和調節裝置以及驅動裝置等部分組成，根據雙輥式破碎機的結構及行業應用情況，雙輥式破碎機適用于中細物料的破碎，需要將硅棒經過一次破碎以后再進行雙輥式破碎，不能直接破碎硅棒。
雙輥式破碎機的工作原理及結構示意圖
顎式破碎機是由動顎和固定顎兩塊顎板組成破碎腔，模擬動物的兩顎運動而完成物料破碎作業的破碎機。其工作原理是電機帶動偏心軸，偏心軸旋轉帶動固定在其上的動顎板，動顎板周期性動向固定顎板靠近，從而兩板之間的物料被擠壓、搓動而碎裂。顎式破碎機對硅料尺寸無要求，可以根據實際情況進行調整；同時，可以用于直接破碎硅棒，產出需求尺寸的多晶硅塊料。
高壓脈沖放電技術破碎法
高壓脈沖放電技術破碎法是利用硅原料的電磁性和機械性，通過設備制造出的高壓，在高電壓電場中，高壓脈沖放電在硅棒表面產生大量的電荷，在極短時間內，通過特種高壓電極將電脈沖轟擊到浸沒在去離子水中的硅原料棒上，受到激烈的瞬間電脈沖影響，該原料之間會出現內部振動裂解情況，并且能使硅原料保持較為完整的晶型分解。
資料來源：范哲，高壓脈沖放電技術在硅原料破碎中的應用研究
（中國粉體網編輯整理/平安）
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