一种工业硅用复合碳质还原剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种工业硅用复合碳质还原剂及其制备方法，属于工业硅冶炼和新能源【技术领域】。该复合碳质还原剂为球团状，固定碳含量达到75wt.%以上，挥发份含量15wt.%～20wt.%，灰份含量4wt.%以下，灰份中微量元素Fe、Al、Ca分别控制在0.15wt.%、0.5wt.%、0.6wt.%以下。将石油焦和低灰煤磨细并混合均匀后加入粘结剂和水，然后在5～10MPa的压力条件下压制成球团，球团烘干后即能制备得到该复合碳质还原剂。该工业硅用复合碳质还原剂的固定碳含量高，反应活性好；制备该工业硅用复合碳质还原剂的方法工艺简单、易于产业化。
【专利说明】一种工业硅用复合碳质还原剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业硅用复合碳质还原剂及其制备方法，属于工业硅冶炼和新能源【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，工业硅碳质还原剂主要由煤、油焦、半焦、蓝炭、木炭、木块(甘蔗渣、花生壳等)等两种或多种原料按一定比例混合而成。其中木炭因具有比电阻高、反应活好、高温下不易石墨化等优良的物理化学特性而在我国长期用作工业硅用的最佳还原剂。然而，木炭的来源主要是以牺牲森林为代价，据相关数据显示，我国自上世纪50年代末建成第一座工业硅电炉以来，经过半个世纪的发展，我国的工业硅产能将近400万吨，成为世界工业硅的主要生产和出口大国。按生产I吨工业硅需要消耗1.2吨木炭来计算，每生产I吨木炭需要消耗5吨左右的木材，照这样计算，每年消耗在工业硅上的木材将近I千多万吨，这给生态环境带来了巨大的破坏。随着人们对环境保护意识的不断提高，木炭的来源受到了极大的限制，导致购买木炭成本非常高甚至买不到木炭。因此，研究开发一种能够完全替代木炭用作工业硅冶炼的还原剂是硅工业发展的必经之路。
[0003]本发明以石油焦和低灰煤为原料。石油焦固定碳含量高，反应活性好，灰份及有害杂质含量少，但高温下比电阻低；而低灰煤固定碳、灰份及有害杂质含量低，挥发份含量高，高温下比电阻较高。综合两种原料的特点，通过使用特殊的压制成型技术，制备和合成出一种成本低廉、工艺简单的工业硅用新型复合碳质还原剂，以完全替代木炭用于工业硅的冶炼与生产。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种工业硅用复合碳质还原剂及其制备方法。该工业硅用复合碳质还原剂焦固定碳含量高，反应活性好，灰份及有害杂质含量少，高温下比电阻较高，成本低廉，且能生产出高质量的工业硅，因此能完全替代木炭用于工业硅的冶炼与生产，制备该工业硅用复合碳质还原剂的方法工艺简单、易于产业化，本发明通过以下技术方案。
[0005]—种工业娃用复合碳质还原剂，该复合碳质还原剂为球团状，固定碳含量达到75wt.%以上，挥发份含量15wt.%~20wt.%，灰份含量4wt.%以下，灰份中微量元素Fe、Al、Ca 分别控制在 0.15wt.%、0.5wt.%、0.6wt.% 以下。
[0006]上述工业硅用复合碳质还原剂冷强度达到9~13MPa，比电阻为3000~5000 Ω 工业硅用复合碳质还原剂在生产硅的过程中烧损率仅为12~18%。
[0007]—种上述的工业硅用复合碳质还原剂的制备方法，其具体步骤为:
(O首先将石油焦和低灰煤分别破碎至粒度小于3mm的颗粒占70~80%，然后按照质量百分比50~60:40~50混合均匀得到混合物料；
(2)向步骤(1)制备得到的混合物料中加入混合物料质量2wt.%~4wt.%的M-C#复合粘结剂，混合均匀后再加入混合物料质量8wt.%~12 wt.%的水搅拌5~IOmin,其中该粘结剂由FH-10型纤维素与水玻璃按质量比7:3配制而成；
(3)待步骤(2)中的物料出现明显粘结成块后，在5~IOMPa的压力条件下视工业硅电炉大小制备出相应需求直径的球团状复合碳质还原剂；
(4)将步骤(3)得到的球团状复合碳质还原剂在风温为100~140°C条件下烘干30~50min,最终制备得到工业娃用复合碳质还原剂。
[0008]所述石油焦、低灰煤中固定碳含量分别为85~90wt.%、55~65wt.%。
[0009]所述工业硅电炉为12500KVA时，复合碳质还原剂的直径为60~80mm。
[0010]上述制备得到的工业硅用复合碳质还原剂粘结指数在70%以上。
[0011]本发明的有益效果是:(I)该工业硅用复合碳质还原剂焦固定碳含量高，反应活性好，灰份及有害杂质含量少，高温下比电阻较高，成本低廉，且能生产出高质量的工业硅，因此能完全替代木炭用于工业硅的冶炼与生产；(2)该工业硅用复合碳质还原剂冷强度达到9~13MPa，比电阻为3000~5000 Ω 工业硅用复合碳质还原剂在生产硅的过程中烧损率仅为12~18%，因此能完全适用于工业硅用；(3)制备该工业硅用复合碳质还原剂的方法工艺简单、易于产业化。 【具体实施方式】
[0012]下面结合【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0013]实施例1
该工业硅用复合碳质还原剂，该复合碳质还原剂为球团状，固定碳含量达到77.2wt.%，挥发份含量19.4wt.%,灰份含量3.4wt.%,灰份中微量兀素Fe、Al、Ca分别为0.146wt.%、0.236wt.%、0.323wt.% 以下。
[0014]该上述的工业硅用复合碳质还原剂的制备方法，其具体步骤为:
(O首先将石油焦和低灰煤分别破碎至粒度小于3mm的颗粒占70%，然后按照质量百分比60:40混合均匀得到混合物料，其中石油焦、低灰煤中固定碳含量分别为90 wt.%和65wt.% ；
(2)向步骤(1)制备得到的混合物料中加入混合物料质量4wt.%的M-C#复合粘结剂，混合均匀后再加入混合物料质量8wt.%的水搅拌lOmin，其中该粘结剂由FH-1O型纤维素与水玻璃按质量比7:3配制而成；
(3)待步骤(2)中的物料出现明显粘结成块后，在IOMPa的压力条件下视工业硅电炉大小制备出相应需求直径的球团状复合碳质还原剂，，其中工业硅电炉为12500KVA时，复合碳质还原剂的直径为80mm ；
(4)将步骤(3)得到的球团状复合碳质还原剂在风温为120°C条件下烘干45min，最终制备得到工业硅用复合碳质还原剂。
[0015]将200kg 硅石(99.5%Si02、0.05%A1203、0.02%Fe203、0.05%Ca0)破碎成粒度 25 ~IOOmm的块状，经清洗、筛分后与103kg上述复合碳质还原剂混合均匀，加入到矿热炉中进行熔炼，熔炼后得到的工业硅产品成分为Si>99.6fft.%，Fe ( 0.19fft.%，Al ( 0.09fft.%，Ca ( 0.05fft.%。
[0016]实施例2该工业硅用复合碳质还原剂，该复合碳质还原剂为球团状，固定碳含量达到78.5wt.%，挥发份含量18.2wt.%,灰份含量3.3wt.%,灰份中微量兀素Fe、Al、Ca分别控制在
0.142wt.%、0.367wt.%、0.432wt.%。
[0017]该上述的工业硅用复合碳质还原剂的制备方法，其具体步骤为:
(O首先将石油焦和低灰煤分别破碎至粒度小于3mm的颗粒占80%，然后按照质量百分比60:40混合均匀得到混合物料，其中石油焦、低灰煤中固定碳含量分别为85wt.%、55wt.% ；
(2)向步骤(1)制备得到的混合物料中加入混合物料质量2wt.%的M-C#复合粘结剂，混合均匀后再加入混合物料质量12 wt.%的水搅拌5min，其中该粘结剂由FH-10型纤维素与水玻璃按质量比7:3配制而成；
(3)待步骤(2)中的物料出现明显粘结成块后，在5MPa的压力条件下视工业硅电炉大小制备出相应需求直径的球团状复合碳质还原剂，其中工业硅电炉为12500KVA时，复合碳质还原剂的直径为60mm ；
(4)将步骤(3)得到的球团状复合碳质还原剂在风温为100°C条件下烘干30min，最终制备得到工业硅用复合碳质还原剂。
[0018]将200kg 硅石(99.5%Si02、0.05%A1203、0.02%Fe203、0.05%Ca0)破碎成粒度 25 ~IOOmm的块状，经清洗、筛分后与 102kg复合碳质还原剂混合均匀，加入到矿热炉中进行熔炼，熔炼后得到的工业硅产品成分为Si>99.6fft.%，Fe ( 0.19fft.%，Al ( 0.09fft.%，Ca ( 0.05fft.%。
[0019]实施例3
该工业硅用复合碳质还原剂，该复合碳质还原剂为球团状，固定碳含量达到79.1wt.%，挥发份含量17.3wt.%，灰份含量3.6wt.%，灰份中微量元素Fe、Al、Ca分别控制在
0.130wt.%、0.149wt.%、0.501wt.%。
[0020]该上述的工业硅用复合碳质还原剂的制备方法，其具体步骤为:
(O首先将石油焦和低灰煤分别破碎至粒度小于3mm的颗粒占70~80%，然后按照质量百分比55:45混合均匀得到混合物料，其中石油焦、低灰煤中固定碳含量分别为87wt.%、60wt.% ；
(2)向步骤(1)制备得到的混合物料中加入混合物料质量3wt.%的M-C#复合粘结剂，混合均匀后再加入混合物料质量IOwt.%的水搅拌8min，其中该粘结剂由FH-10型纤维素与水玻璃按质量比7:3配制而成；
(3)待步骤(2)中的物料出现明显粘结成块后，在8MPa的压力条件下视工业硅电炉大小制备出相应需求直径的球团状复合碳质还原剂，其中工业硅电炉为12500KVA时，复合碳质还原剂的直径为80mm ；
(4)将步骤(3)得到的球团状复合碳质还原剂在风温为140°C条件下烘干35min，最终制备得到工业硅用复合碳质还原剂。
[0021]将200kg 硅石(99.5%Si02、0.05%A1203、0.02%Fe203、0.05%Ca0)破碎成粒度 25 ~IOOmm的块状，经清洗、筛分后与102kg复合碳质还原剂混合均匀，加入到矿热炉中进行熔炼，熔炼后得到的工业硅产品成分为Si>99.6fft.%，Fe ( 0.19fft.%，Al ( 0.09fft.%，Ca ( 0.05fft.%。[0022]实施例4
该工业硅用复合碳质还原剂，该复合碳质还原剂为球团状，固定碳含量达到81.2wt.%，挥发份含量15.4wt.%,灰份含量3.4wt.%,灰份中微量兀素Fe、Al、Ca分别控制在
0.148wt.%、0.42wt.%、0.53wt.% 以下。
[0023]该上述的工业硅用复合碳质还原剂的制备方法，其具体步骤为:
(O首先将石油焦和低灰煤分别破碎至粒度小于3mm的颗粒占70~80%，然后按照质量百分比50:50混合均匀得到混合物料；
(2)向步骤(1)制备得到的混合物料中加入混合物料质量4wt.%的M-C#复合粘结剂，混合均匀后再加入混合物料质量8wt.%的水搅拌6min，其中该粘结剂由FH-10型纤维素与水玻璃按质量比7:3配制而成；
(3)待步骤(2)中的物料出现明显粘结成块后，在5MPa的压力条件下视工业硅电炉大小制备出相应需求直径的球团状复合碳质还原剂，其中工业硅电炉为12500KVA时，复合碳质还原剂的直径为70mm ；
(4)将步骤(3)得到的球团状复合碳质还原剂在风温为120°C条件下烘干50min，最终制备得到工业硅用复合碳质还原剂。[0024]将200kg 硅石(99.5%Si02、0.05%A1203、0.02%Fe203、0.05%Ca0)破碎成粒度 25 ~IOOmm的块状,经清洗、筛分后与IOOkg复合碳质还原剂混合均匀，加入到矿热炉中进行熔炼，熔炼后得到的工业硅产品成分为Si>99.6fft.%，Fe ( 0.19fft.%，Al ( 0.09fft.%，Ca ( 0.05fft.%。
【权利要求】
1.一种工业硅用复合碳质还原剂，其特征在于:该复合碳质还原剂为球团状，固定碳含量达到75wt.%以上，挥发份含量15wt.%~20wt.%，灰份含量4wt.%以下，灰份中微量元素 Fe、Al、Ca 分别控制在 0.15wt.%、0.5wt.%、0.6wt.% 以下。
2.一种如权利要求1所述的工业硅用复合碳质还原剂的制备方法，其特征在于以下具体步骤: (O首先将石油焦和低灰煤分别破碎至粒度小于3mm的颗粒占70~80%，然后按照质量百分比50~60:40~50混合均匀得到混合物料； (2)向步骤(1)制备得到的混合物料中加入混合物料质量2wt.%~4wt.%的M-C#复合粘结剂，混合均匀后再加入混合物料质量8wt.%~12 wt.%的水搅拌5~IOmin,其中该粘结剂由FH-10型纤维素与水玻璃按质量比7:3配制而成； (3)待步骤(2)中的物料出现明显粘结成块后，在5~IOMPa的压力条件下视工业硅电炉大小制备出相应需求直径的球团状复合碳质还原剂； (4)将步骤(3)得到的球团状复合碳质还原剂在风温为100~140°C条件下烘干30~50min,最终制备得到工业娃用复合碳质还原剂。
3.根据权利要求2所述的工业硅用复合碳质还原剂的制备方法，其特征在于:所述石油焦、低灰煤中固定碳含量分别为85~90wt.%、55~65wt.%。
4.根据权利要求2所述的工业硅用复合碳质还原剂的制备方法，其特征在于:所述工业硅电炉为12500KVA时，复合碳质还原剂的直径为60~80mm。
【文档编号】C01B33/025GK104003395SQ201410176478
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】马文会, 陈正杰, 伍继君, 魏奎先, 吕国强, 周阳, 于洁, 刘战伟, 谢克强, 杨兴卫, 杨斌, 戴永年 申请人:昆明理工大学