本发明公开一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置及其分离方法，该装置包括如下组成部分：搅拌系统，该系统包括搅拌桶、穿设在搅拌桶中的旋转轴、以及驱动旋转轴转动的电机，旋转轴上固设有叶轮组；分离系统，该系统包括分离桶，以及固设在分离桶上方的超声波发射器；所述分离桶上还设有收集机构，收集机构包括设置在分离桶上侧的碳化硅收集段、以及设置在分离桶下端开口处的硅粉收集段；由PLC构成的控制系统；所述搅拌系统、分离系统均与PLC电连接；其中，所述搅拌桶底部连通有底流管，浆料流经底流管通过渣浆泵泵送入分离桶中。本发明提供的一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置结构简单、运行稳定，提高分离效率并保证分离效果。
1.一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置，其特征在于该装置包括如下组成部分：
搅拌系统(1)，该系统包括搅拌桶(10)、穿设在搅拌桶(10)中的旋转轴(11)以及驱动旋转轴(11)转动的电机(12)，所述旋转轴(11)上固设有叶轮组(13)；
分离系统(2)，该系统包括分离桶(20)，以及固设在分离桶(20)上方的超声波发射器(21)；所述分离桶(20)上还设有收集机构(22)；
所述收集机构(22)包括设置在分离桶(20)上侧的碳化硅收集段以及设置在分离桶(20)下端开口处的硅粉收集段；
所述分离桶(20)设为透明材质，分离桶(20)侧边还设置有检测浆料分离程度的光感机构(23)；
所述光感机构(23)包括朝向分离桶(20)的线性光源(230)以及竖直方向上均匀布设在线性光源(230)与分离桶(20)之间的线性扫描相机(231)；
所述线性扫描相机(231)对线性光源(230)照射区域进行拍摄，并自动处理分析分离桶(20)内各位置灰度值；
所述搅拌系统(1)、分离系统(2)均与PLC电连接；其中，所述搅拌桶(10)底部连通有底流管(14)，浆料流经底流管(14)通过渣浆泵(15)泵送入分离桶(20)中。
2.根据权利要求1所述的一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置，其特征在于：所述底流管(14)上设有第一电控球阀(140)，所述分离桶(20)上端面设有用于监控液位的液位计(226)，所述第一电控球阀(140)、液位计(226)、渣浆泵(15)均与PLC相连，构成当液位到达上限时第一电控球阀(140)关闭、渣浆泵(15)停止工作的配合。
3.根据权利要求2所述的一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置，其特征在于：所述碳化硅收集段包括由下及上依次顺连的带齿条管道(220)、步进电机(221)、软管(222)、吸浆泵(223)与上层电磁流量计(224)，所述步进电机(221)用于驱动带齿条管道(220)逐步进入分离桶(20)中液面、进而配合吸浆泵(223)收集上层浆料；
所述硅粉收集段包括设在分离桶(20)底部开口处的下层流出管(227)，下层流出管(227)上设置有第二电控球阀(228)，所述第二电控球阀(228)下游处还设有下层电磁流量计(229)。
4.根据权利要求3所述的一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置，其特征在于：所述带齿条管道(220)的下侧、靠近分离桶(20)上端开口处设有接近开关(225)；所述接近开关(225)与PLC电连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置，其特征在于：所述步进电机(221)、吸浆泵(223)、上层电磁流量计(224)均与PLC电连接；所述第二电控球阀(228)、下层电磁流量计(229)均与PLC电连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置，其特征在于：所述光感机构(23)与PLC电连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置，其特征在于：具体处理分析过程如下：线性扫描相机(231)拍摄分离桶(20)内浆料的实时情况，系统自动识别拍摄图像各像素点的灰度值，在图像上，按坐标取一列竖直方向的像素点，分析其灰度值，并计算每相邻两点之间的灰度值差，然后比较所有差值，取最大差值所在的两点坐标为上下两层浆料的分界线(a)；所述线性扫描相机(231)与PLC电连接。
8.一种根据权利要求7所述的用于超细硅粉和碳化硅分离装置的分离方法，其特征在于具体步骤如下：
S1、首先，不断搅拌搅拌桶(10)内的浆料，使碳化硅和硅粉充分混合，后打开第一电控球阀(140)，浆料通过底流管(14)进入渣浆泵(15)泵送进入分离桶(20)中；此时，液位计(226)监控液位，当液位到达上限时，PLC控制第一电控球阀(140)关闭，渣浆泵(15)停止工作；
S2、超声波发生器(21)持续不断工作，使浆料中微细颗粒充分分散，线性扫描相机(231)拍摄分离桶(20)内浆料的实时情况，系统自动识别拍摄图像各像素点的灰度值；在图像上，按坐标取一列竖直方向的像素点，分析其灰度值，并计算每相邻两点之间的灰度值差，然后比较所有差值，取最大差值所在的两点坐标为上下两层浆料的分界线(a)，并将分界线(a)所在位置分别向上、下侧扩展15～25cm作为安全阀值传送至PLC，即为上安全阀值(b)和下安全阀值(c)；
S3、PLC控制步进电机(220)驱动带齿条管道(221)向下移动，当带齿条管道(221)经过接近开关(225)时PLC开始计算步进电机(220)转动圈数，使带齿条管道(221)口到达分界线上安全阀值位置；启动吸浆泵(223)，将上层浆料吸出，上层电磁流量计(224)监测到流量在设定时间内无变化时，关闭吸浆泵(223)；
S4、打开第二电控球阀(228)，下层浆料从下层流出管(227)中流出，下层电磁流量计(229)监测到流量达到下安全阀值所对应的流量时，关闭第二电控球阀(228)，并打开第一电控球阀(140)，重复进行下一循环；上层浆料过滤后得到碳化硅，下层浆料经过过滤后得到硅粉，将上、下层过滤后的滤液再次进入搅拌桶(10)重复循环使用，直至得到最终的滤饼。
9.根据权利要求8所述的一种用于超细硅粉和碳化硅分离装置的分离方法，其特征在于：所述硅粉和碳化硅的粒度小于5微米。
一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置及其分离方法
技术领域
[0001] 本发明属于切割废液处理设备领域，具体涉及一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置及其分离方法。
背景技术
[0002] 太阳能电池片普遍采用切割技术生产，所使用的切割液通常是由聚乙二醇和1200目左右的碳化硅颗粒按照一定比例配制而成，切割液在切割硅棒的过程中不可避免的会与切削下来的硅粉混在一起，形成大量的切割废液，而且切割液中部分碳化硅颗粒会因切割作用而出现破损，使得部分碳化硅的目数增大，因此，切割废液无法直接重复利用。切割废液中含有很多资源，比如碳化硅、硅粉等等，碳化硅具有硬度高、膨胀系数小、性脆、导热性好等特点，而硅粉掺入混凝土中能使其具有高强、抗冲磨、耐久等优异性能，如果直接排放掉，不仅造成浪费资源，同时还会污染环境，因此，如何有效地分离提取回收超细硅粉和碳化硅具有重要的应用价值。
[0003] 中国专利文献CN 102786053A公开了一种避免资源浪费的用于分离碳化硅与硅粉的装置，包括支架，所述支架上设置有用于融化碳化硅与硅粉的熔炼设备，所述支架上还固定有石英坩埚，所述石英坩埚底部设置有加热装置。利用该装置可以实现碳化硅与硅粉的分离，避免资源的浪费，但是处理能力较小，难以满足工业生产的大批量处理需求，在工业生产中应用前景不足。
[0004] 中国专利文献CN 102351196A公开了一种回收硅粉和碳化硅粉的超声波分离装置，包括由均压进水筒和下、中、上三个超声波换能椎形筒体及溢流筒构成的分离塔；该装置能获得高纯度硅粉。但由于该装置设置级数较多，分离耗时较长，降低了分离效率。
[0005] 因此，本领域技术人员亟需提供一种结构简单、运行稳定，提高分离效率并保证分离效果的一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置及其分离方法。
发明内容
[0006] 本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种结构简单、运行稳定，提高分离效率并保证分离效果的一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置及其分离方法。
[0007] 为实现上述目的之一提供一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置，本发明采用了以下技术方案：
[0008] 一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置及其分离方法，该装置包括如下组成部分：
[0009] 搅拌系统，该系统包括搅拌桶、穿设在搅拌桶中的旋转轴以及驱动旋转轴转动的电机，所述旋转轴上固设有叶轮组；
[0010] 分离系统，该系统包括分离桶，以及固设在分离桶上方的超声波发射器；所述分离桶上还设有收集机构；
[0011] 由PLC构成的控制系统；
[0012] 所述搅拌系统、分离系统均与PLC电连接；其中，所述搅拌桶底部连通有底流管，浆料流经底流管通过渣浆泵泵送入分离桶中。
[0013] 优选的，所述收集机构包括设置在分离桶上侧的碳化硅收集段以及设置在分离桶下端开口处的硅粉收集段；
[0014] 所述底流管上设有第一电控球阀，所述分离桶上端面设有用于监控液位的液位计，所述第一电控球阀、液位计、渣浆泵均与PLC相连，构成当液位到达上限时第一电控球阀关闭、渣浆泵停止工作的配合。
[0015] 进一步的，所述碳化硅收集段包括由下及上依次顺连的带齿条管道、步进电机、软管、吸浆泵与上层电磁流量计，所述步进电机用于驱动带齿条管道逐步进入分离桶中液面、进而配合吸浆泵收集上层浆料；
[0016] 所述硅粉收集段包括设在分离桶底部开口处的下层流出管，下层流出管上设置有第二电控球阀，所述第二电控球阀下游处还设有下层电磁流量计。
[0017] 进一步的，所述带齿条管道的下侧、靠近分离桶上端开口处设有接近开关；所述接近开关与PLC电连接。
[0018] 进一步的，所述步进电机、吸浆泵、上层电磁流量计均与PLC电连接；所述第二电控球阀、下层电磁流量计均与PLC电连接。
[0019] 进一步的，所述分离桶设为透明材质，分离桶侧边还设置有检测浆料分离程度的光感机构，所述光感机构与PLC电连接。
[0020] 进一步的，所述光感机构包括朝向分离桶的线性光源以及竖直方向上均匀布设在线性光源与分离桶之间的线性扫描相机。
[0021] 进一步的，所述线性扫描相机对线性光源照射区域进行拍摄，并自动处理分析分离桶内各位置灰度值；
[0022] 其中，具体处理分析过程如下：线性扫描相机拍摄分离桶内浆料的实时情况，系统自动识别拍摄图像各像素点的灰度值，在图像上，按坐标取一列竖直方向的像素点，分析其灰度值，并计算每相邻两点之间的灰度值差，然后比较所有差值，取最大差值所在的两点坐标为上下两层浆料的分界线；所述线性扫描相机与PLC电连接。
[0023] 本发明还提供了上述一种用于超细硅粉和碳化硅分离装置的分离方法，具体步骤如下：
[0024] S1、首先，不断搅拌搅拌桶内的浆料，使碳化硅和硅粉充分混合，然后打开第一电控球阀，浆料通过底流管进入渣浆泵泵送进入分离桶中；此时，液位计监控液位，当液位到达上限时，PLC控制第一电控球阀关闭，渣浆泵停止工作；
[0025] S2、超声波发生器持续不断工作，使浆料中微细颗粒充分分散，线性扫描相机拍摄分离桶内浆料的实时情况，系统自动识别拍摄图像各像素点的灰度值；在图像上，按坐标取一列竖直方向的像素点，分析其灰度值，并计算每相邻两点之间的灰度值差，然后比较所有差值，取最大差值所在的两点坐标为上下两层浆料的分界线，并将分界线所在位置分别向上、下侧扩展15～25cm作为安全阀值传送至PLC，称为上安全阀值和下安全阀值；
[0026] S3、PLC控制步进电机驱动带齿条管道向下移动，当带齿条管道经过接近开关时PLC开始计算步进电机转动圈数，使带齿条管道口到达分界线上安全阀值位置；启动吸浆泵，将上层浆料吸出，上层电磁流量计监测到流量在设定时间内无变化时，关闭吸浆泵；
[0027] S4、打开第二电控球阀，下层浆料从下层流出管中流出，下层电磁流量计监测到流量达到下安全阀值所对应的流量时，关闭第二电控球阀，并打开第一电控球阀，重复进行下一循环；上层浆料过滤后得到碳化硅，下层浆料经过过滤后得到硅粉，将上、下层过滤后的滤液再次进入搅拌桶重复循环使用，直至得到最终的滤饼。
[0028] 进一步的，所述硅粉和碳化硅的粒度小于5微米。
[0029] 本发明的有益效果在于：
[0030] 1)、本发明通过将搅拌桶内浆料中的碳化硅和硅粉充分混合，再泵送入分离桶中，在超声波发生器的作用下浆料中微细颗粒充分松散，使得线性扫描相机扫描到发生分层的分界线，浆料中分散在非极性溶剂中的硅粉处在分离桶的上层，而分散在极性溶剂中的碳化硅处在分离桶的下层，故通过上层的碳化硅收集段和下层的硅粉收集段即可实现对超细硅粉和碳化硅的分离。
[0031] 本装置结构简单，运行稳定，同时上层碳化硅收集段和下层硅粉收集段经过滤后的滤液可以重复循环使用，保证了分离效果和资源的最大化利用。
[0032] 2)、本发明通过PLC作为控制系统，及时分析搅拌系统和分离系统中的各项运作状况，并反馈出相应的操作指令，使整个循环分离过程中节省了大量的人力物力，极大地提高了分离的效率。
[0033] 3)、本发明分界线的界定是通过线性扫描相机拍摄分离桶内浆料的实时情况，系统自动识别拍摄图像各像素点的灰度值；在图像上，按坐标取一列竖直方向的像素点，分析其灰度值，并计算每相邻两点之间的灰度值差，然后比较所有差值，取最大差值所在的两点坐标为上下两层浆料的分界线，并将分界线所在位置分别向上、下侧扩展15～25cm作为安全阀值，称为上安全阀值和下安全阀值；将安全阀值传送至PLC，接着PLC控制步进电机驱动带齿条管道向下移动，当带齿条管道经过接近开关时PLC开始计算步进电机转动圈数，使带齿条管道口到达分界线上安全阀值位置，启动吸浆泵，将上层浆料吸出；
[0034] 这种上安全阀值和下安全阀值的设置使得分界线中碳化硅与硅粉溶为一体的浆料不至吸入分离好的上、下层浆料，进一步保证了分离的效果。
[0035] 4)、本发明中的分离装置和分离方法对各粒级范围的硅粉和碳化硅均可获得优良的分离效果，需要指出的是，本发明尤其适用于粒度小于5微米的超细粒级范围的硅粉和碳化硅的分离。
附图说明
[0036] 图1为本发明的结构示意图。
[0037] 图中标注符号的含义如下：
[0038] 1-搅拌系统 10-搅拌桶 11-旋转轴 12-电机 13-叶轮组
[0039] 14-底流管 140-第一电控球阀 15-渣浆泵 2-分离系统
[0040] 20-分离桶 21-超声波发射器 22-收集机构 220-带齿条管道
[0041] 221-步进电机 222-软管 223-吸浆泵 224-上层电磁流量计
[0042] 225-接近开关 226-液位计 227-下层流出管 228-第二电控球阀
[0043] 229-下层电磁流量计 23-光感机构 230-线性光源 231-线性扫描相机[0044] 3-输浆管道 a-分界线 b-上安全阀值 c-下安全阀值
具体实施方式
[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046] 实施例1、一种用于超细硅粉和碳化硅分离的装置
[0047] 如图1所示，该装置包括如下组成部分：
[0048] 搅拌系统1，该系统包括搅拌桶10、穿设在搅拌桶10中的旋转轴11、以及驱动旋转轴11转动的电机12，所述旋转轴11上固设有叶轮组13；
[0049] 分离系统2，该系统包括分离桶20，以及固设在分离桶20上方的超声波发射器21；所述分离桶20上还设有收集机构22；
[0050] 由PLC构成的控制系统；
[0051] 所述搅拌系统1、分离系统2均与PLC电连接；其中，所述搅拌桶10底部连通有底流管14，浆料流经底流管14通过渣浆泵15由输浆管道3泵送入分离桶20中。
[0052] 其中，所述收集机构22包括设置在分离桶20上侧的碳化硅收集段、以及设置在分离桶20下端开口处的硅粉收集段。
[0053] 所述碳化硅收集段包括由下及上依次顺连的带齿条管道220、步进电机221、软管222、吸浆泵223与上层电磁流量计224，所述步进电机221用于驱动带齿条管道220逐步进入分离桶20中液面、进而配合吸浆泵223收集上层浆料；所述步进电机221、吸浆泵223、上层电磁流量计224均与PLC电连接。
[0054] 所述硅粉收集段包括设在分离桶20底部开口处的下层流出管227，下层流出管227上设置有第二电控球阀228，所述第二电控球阀228下游处还设有下层电磁流量计229；所述第二电控球阀228、下层电磁流量计229均与PLC电连接。
[0055] 更进一步的，所述带齿条管道220的下侧、靠近分离桶20上端开口处设有接近开关225；所述接近开关225与PLC电连接。
[0056] 所述分离桶20设为透明材质，在分离桶20侧边还设置有检测浆料分离程度的光感机构23，所述光感机构23与PLC电连接。
[0057] 其中，所述光感机构23包括朝向分离桶20的线性光源230、以及竖直方向上均匀布设在线性光源230与分离桶20之间的线性扫描相机231。所述线性扫描相机231拍摄分离桶20内浆料的实时情况，系统自动识别拍摄图像各像素点的灰度值，在图像上，按坐标取一列竖直方向的像素点，分析其灰度值，并计算每相邻两点之间的灰度值差，然后比较所有差值，取最大差值所在的两点坐标为上下两层浆料的分界线a；所述线性扫描相机231与PLC电连接，将扫描分析所得数据传输至PCL。
[0058] 更进一步的，所述底流管14上设有第一电控球阀140，所述分离桶20上端面设有用于监控液位的液位计226，所述第一电控球阀140、液位计226、渣浆泵15均与PLC相连，构成当液位到达上限时第一电控球阀140关闭、渣浆泵15停止工作的配合。
[0059] 实施例2、一种用于超细硅粉和碳化硅分离装置的分离方法
[0060] 具体步骤如下：
[0061] S1、首先，不断搅拌搅拌桶10内的浆料，使碳化硅和硅粉充分混合，后打开第一电控球阀140，浆料通过底流管14进入渣浆泵15泵送进入分离桶20中；此时，液位计226监控液位，当液位到达上限时，PLC控制第一电控球阀140关闭，渣浆泵15停止工作；
[0062] S2、超声波发生器21持续不断工作，使浆料中微细颗粒充分分散并分层，线性扫描相机231拍摄分离桶20内浆料的实时情况，系统自动识别拍摄图像各像素点的灰度值；在图像上，按坐标取一列竖直方向的像素点，分析其灰度值，并计算每相邻两点之间的灰度值差，然后比较所有差值，取最大差值所在的两点坐标为上下两层浆料的分界线a，并将分界线a所在位置分别向上、下侧扩展20cm作为安全阀值传送至PLC，即为上安全阀值b和下安全阀值c；如图1中所示；
[0063] S3、PLC接着控制步进电机220驱动带齿条管道221向下移动，当带齿条管道221经过接近开关225时PLC开始计算步进电机220转动圈数(接近开关225到分离桶面的距离为已知，分离桶面到上安全阀值b及下安全阀值c的位置均已知)，使带齿条管道221口到达分界线a上安全阀值b位置；启动吸浆泵223，将上层浆料吸出，上层电磁流量计224监测到流量连续3秒无变化时，表示上层浆料吸收完毕，关闭吸浆泵223；
[0064] S4、打开第二电控球阀228，下层浆料从下层流出管227中流出，下层电磁流量计229监测到流量达到下安全阀值c所对应的流量时(分离桶的体积已知，上层浆料的体积可利用PLC通过高度与横截面自动计算，即可得到下层浆料的体积，并将数据传输给下层电磁流量计)，关闭第二电控球阀228，并打开第一电控球阀140，重复进行下一循环；上层浆料过滤后得到碳化硅，下层浆料经过过滤后得到硅粉，将上、下层过滤后的滤液再次进入搅拌桶
10重复循环使用，分层收集过滤直至得到最终的滤饼。
[0065] 特别的，本发明尤其适用于粒度小于5微米的所述硅粉和碳化硅的分离。
[0066] 应当说明的是，本发明装置也可用于其它物料的分离，另该装置的具体工作原理与上述分离方法相同，不再赘述。
