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1. Concasseurs dédiés au silicium polycristallin

Les concasseurs pour le silicium polycristallin doivent prioritiser la réduction de la contamination et de la production de poussière, en plus de garantir une fragmentation efficace. Les types courants sont les suivants :

1.1 Concasseur à mâchoires

• Concasseur à mâchoires traditionnel : La mâchoire mobile est directement montée sur l'arbre excentrique ; lors de la rotation de l'arbre excentrique, elle effectue un mouvement de friction circulaire pour concasser le silicium polycristallin. Cependant, ce mode prolonge le contact entre la matière et la mâchoire mobile (grande surface de contact), causant une contamination notable du silicium et une production élevée de poussière après concassage.
• Concasseur à mâchoires moderne : Un mécanisme de bielle est ajouté entre la mâchoire mobile et l'arbre excentrique, transformant le mouvement de friction circulaire en mouvement oscillant. Cela réduit la surface et la durée de contact avec le silicium, diminuant ainsi le taux de poussière et la teneur en ions métalliques, et améliorant la qualité du produit.

1.2 Concasseur à deux rouleaux

• Il est composé de deux rouleaux circulaires tournant en sens opposés. Le silicium polycristallin entre par l'orifice d'alimentation et tombe entre les deux rouleaux, puis est écrasé et concassé sous l'effet de la rotation des rouleaux.
• Certains modèles sont équipés de multiples dents de concassage projetant radialement sur la surface périphérique des rouleaux ; les dents de hauteur différente sont disposées alternativement au moins dans la direction circumférentielle ou latérale du rouleau. Ce design empêche le silicium polycristallin de passer sans être concassé et réduit la production de fines.

1.3 Concasseur à marteaux

• Exemple : Concasseur à marteaux à plusieurs étages pour le silicium polycristallin. Sa caisse est équipée d'un orifice d'alimentation et d'un orifice de décharge, avec un canal d'écoulement à l'intérieur ; plusieurs mécanismes de concassage sont installés sur la caisse, répartis à intervalles réguliers le long du trajet du canal d'écoulement.
• Chaque mécanisme de concassage comprend un support de montage, un arbre à manivelle, un premier raccord, un deuxième raccord et une marteau de concassage. La matière première de silicium polycristallin entrée dans la caisse est concassée étape par étape. Le processus de concassage est complètement mécanisé et réalisé en environnement fermé, minimisant au maximum l'éjection des particules ou la contamination par la poussière.

2. Équipements de tri pour le silicium polycristallin

Le tri du silicium polycristallin vise principalement à séparer les particules par granulométrie et à éliminer les impuretés. Les équipements courants incluent :

2.1 Équipements de tamisage

• Types courants : Tamis vibrant à plateau, tamis oscillant, tamis horizontal, etc. Ils séparent les mélanges solides de silicium polycristallin selon la granulométrie.
• Le tamis oscillant assure non seulement une accélération de tamisage horizontale, mais aussi verticale ; cela accélère les particules fines dans la direction verticale, favorisant leur passage à travers les trous du tamis.
• Les tamis à plusieurs étages peuvent classer simultanément plusieurs granulométries ; grâce à un système modulaire empilable, de multiples plaques de tamis peuvent être assemblées en un tamis superposé.

2.2 Appareils de tri par couleur

• Ils reçoivent les débris de silicium polycristallin et séparent les impuretés des matières conformes, généralement associés à un convoyeur. Le principe repose sur l'identification des différences de couleur entre les matières conformes et les impuretés (ex: oxydes, résidus métalliques) pour réaliser le tri automatique.

2.3 Appareils de tri magnétique

• Ils sont utilisés pour effectuer un tri magnétique sur les matières conformes après le tri par couleur, afin d'éliminer les impuretés magnétiques (ex: fines de fer, débris de métal provenant de l'usinage). Ils comprennent généralement un convoyeur et une chambre de tri magnétique.

I. Équipements de tamisage : Séparation selon "la différence de granulométrie", principe central "vibration + classification par tamis"

Les équipements de tamisage constituent l'étape de base du tri du silicium polycristallin. Leur objectif est de séparer les particules de silicium polycristallin concassées en différentes classes selon une granulométrie prédéfinie (ex: granulés gros, moyens, fins). Le principe peut être décomposé en 3 étapes :

1. Transport et distribution des particules : Le mélange de silicium polycristallin concassé entre dans l'équipement par l'orifice d'alimentation. Il est d'abord réparti均匀ement sur la surface du tamis par un "dispositif de répartition" (ex: plaque de répartition), évitant l'accumulation locale qui perturberait le tamisage.
2. Séparation renforcée par vibration : L'équipement génère une vibration dans une direction spécifique (vibration horizontale, verticale ou vibration combinée) grâce à l'entraînement d'un moteur. Les particules sur le tamis sautent et roulent constamment sous l'effet de la vibration. À ce moment, les particules dont la granulométrie est inférieure au diamètre des trous du tamis traversent les trous sous l'action de la vibration et tombent dans la zone de collecte inférieure ; les particules dont la granulométrie est supérieure au diamètre des trous du tamis restent sur la surface du tamis et se déplacent vers l'orifice de sortie sous l'effet de la vibration, achevant la classification initiale.
3. Affinement multi-étages (pour les tamis à plusieurs couches) : Si un tamis à plusieurs couches (ex: 2-3 couches) est utilisé, le diamètre des trous des tamis diminue de haut en bas. Les granulés gros restent sur la couche supérieure, les granulés moyens tombent sur la couche intermédiaire et les granulés fins passent par la couche inférieure. Un tri en trois classes ("gros, moyens, fins") est réalisé en une seule opération, sans nécessiter de tamisage répété.

Scénario d'adaptation clé : Séparation des particules de silicium polycristallin selon leur taille, fournissant une matière première à granulométrie uniforme pour la purification ou le traitement ultérieur (ex: fabrication de plaquettes de silicium). Cela évite que les fines n'affectent l'efficacité de production ou que les granulés gros n'usent les équipements.

II. Équipements de tri par couleur : Élimination des impuretés selon "la différence de couleur", principe central "identification optique + rejet par jet d'air à haute vitesse"

Les équipements de tri par couleur sont专门ement conçus pour éliminer les "impuretés hétérochromes" dans le silicium polycristallin (ex: oxyde de silicium, débris métalliques, particules de graphite). Ces impuretés diffèrent en couleur du silicium polycristallin pur (généralement gris argenté ou gris foncé) et peuvent être identifiées par un système optique. Le principe se décompose en 4 étapes :

1. Éclairage par source lumineuse et acquisition d'images : Les particules de silicium polycristallin passent à vitesse constante dans la zone de détection par un convoyeur. Une source lumineuse à haute luminosité (ex: lumière blanche LED, lumière infrarouge) intégrée à l'équipement éclaire均匀ement la surface des particules ;同时, une caméra industrielle à haute définition (généralement une caméra CCD) capture en temps réel l'image de chaque particule, convertissant le signal optique en signal électrique qui est transmis au système de contrôle.
2. Comparaison d'images et identification des impuretés : Le système de contrôle compare pixel par pixel l'image des particules capturée avec l'"image de référence du silicium polycristallin pur", analysant principalement les différences de couleur et de valeur de gris. Par exemple, les impuretés d'oxyde de silicium peuvent être blanches ou gris clair, et les débris métalliques peuvent être argentés brillants. Ces différences de valeur de gris par rapport au silicium polycristallin pur sont reconnues par le système comme des "signaux d'impureté".
3. Positionnement à haute vitesse et déclenchement de commandes : Lorsque le système identifie une impureté, il calcule en temps réel la position de l'impureté en fonction de la vitesse du convoyeur. Au moment où l'impureté arrive dans la "zone de rejet", le système envoie instantanément une commande de déclenchement à la "vanne à jet d'air" correspondante (le temps de réponse est généralement inférieur à 0.1 seconde, garantissant qu'aucune impureté ne soit manquée ou faussement identifiée).
4. Rejet par jet d'air à haute pression : Après avoir reçu la commande, la vanne à jet d'air émet instantanément un flux d'air à haute pression (généralement de l'air comprimé). L'impureté est soufflée hors de la trajectoire de transport normale et tombe dans la "boîte de collecte des impuretés" ; les particules de silicium polycristallin conformes continuent de se déplacer avec le convoyeur vers l'étape suivante, réalisant un rejet "sans contact et sans dommage" des impuretés.

Scénario d'adaptation clé : Élimination des impuretés hétérochromes difficiles à distinguer à l'œil nu dans le silicium polycristallin, notamment les impuretés non magnétiques telles que l'oxyde de silicium et les contaminants organiques. Cela améliore la pureté de la matière première (évitant que les impuretés n'affectent la conductivité ou la résistance mécanique des plaquettes de silicium).

III. Équipements de tri magnétique : Élimination des impuretés selon "la différence de magnétisme", principe central "adsorption par champ magnétique + séparation physique"

Les équipements de tri magnétique sont专门ement utilisés pour éliminer les "impuretés magnétiques" dans le silicium polycristallin (ex: copeaux de fer, débris en acier inoxydable混入 lors du concassage). Ils utilisent l'effet d'adsorption du champ magnétique sur les substances magnétiques pour réaliser la séparation. Le principe se décompose en 3 étapes :

1. Création d'une zone de champ magnétique : Un aimant permanent (ex: aimant néodyme-fer-bore) ou une bobine électromagnétique est intégrée à l'équipement. Lorsque l'équipement fonctionne, une "zone de champ magnétique stable" (intensité du champ magnétique généralement entre 1000 et 5000 gauss, ajustable selon la magnétisme des impuretés) est formée sous ou autour du convoyeur.
2. Adsorption des impuretés magnétiques : Les particules de silicium polycristallin ayant passé par le tri par couleur entrent dans la zone de champ magnétique avec le convoyeur. Les impuretés magnétiques parmi elles sont fortement adsorbées sur la surface du convoyeur (ou sur la surface d'un tambour magnétique专门) sous l'effet du champ magnétique ; le silicium polycristallin (substance non magnétique) n'est pas affecté par le champ magnétique et continue de se déplacer le long de la trajectoire normale.
3. Détachement et collecte des impuretés : Lorsque le convoyeur (ou le tambour magnétique) entraîne les impuretés magnétiques adsorbées hors de la zone de champ magnétique, le champ magnétique disparaît. Les impuretés perdent l'effet d'adsorption et tombent dans la "boîte de collecte des impuretés magnétiques" sous l'effet de la gravité ; le silicium polycristallin conforme quitte complètement la zone de champ magnétique et entre dans l'étape de purification ou d'emballage ultérieure, achevant la séparation complète des impuretés magnétiques.

Scénario d'adaptation clé : Élimination des impuretés magnétiques cachées dans le silicium polycristallin, évitant que ces impuretés ne soient intégrées au silicium lors du traitement à haute température (ex: fusion et coulée en lingots), ce qui dégraderait les performances des plaquettes de silicium (ex: anomalie de résistivité).