专利名称：一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产有机硅原料的化学硅制备方法。
背景技术：
工业硅是现代工业生产中的重要原料之一，近几年，国内外对有机硅、多晶硅和单 晶硅的需求逐年增加，特别是用于生产有机硅原料的化学硅产品质量要求越来越高，如何 提高化学硅的质量成了人们关注的焦点。目前有机硅对上游化学硅内在质量要求的最佳值是Fe <≤0. 40 %，Al 0. 08% -0. 19%，Ca≤0. 10%，一般情况下Si中Fe、Ca两个技术指标没有下限，相对比较 好控制，而Al的含量是有区间值，很难控制。正常情况下，Si中Al的含量0. 04% -0. 07% 之间，若达到这一标准，常规的生产工艺是采用向盛装熔融硅水台包内外加金属铝制品来 提高Si中Al含量的方法。由于Si和Al的比重相近，造成Si在铸锭后出现Al的成分分 布不均的偏析缺陷；又因将Al制品外加入时，台包内温度在1600-1800°C左右，再通入氧气 和空气的混合气体，出现高温状态下外加Al表面快速与氧气反应，生成新的Al2O3，而下游 有机硅生产要求Si中的Al是单质的，不是氧化铝，因此导致化学硅产品的活性变差，有机 硅收率降低的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有化学硅制备过程中，为了满足Al的含量值，需在制 备过程中外加铝，而导致化学硅中铝含量易偏析、分布不均，及铝在加入过程中因高温氧化 而导致化学硅活性低、有机硅收率低的问题，本发明提供了一种用于生产有机硅原料的铝 含量可调的化学硅制备方法。本发明用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方法是通过以下步骤完 成的一、按重量份称取以下物料120 140份的木炭和含铝精洗煤的混合料、200份的硅 石及30 40份的石油焦，其中含铝精洗煤占混合料重量的25% 65%，含铝精洗煤中固 定碳质量在25% 78%，灰分< 0. 5% (质量)，Al2O3质量在0. 4% 0. 8%之间；二、将步 骤一称取的物料混合均勻，装入冶炼炉中，再加入电极，在1500 1800°C条件下冶炼，得熔 融硅水；三、对出炉的熔融硅水在1600 1800°C条件下进行二次吹氧精炼，然后将精炼后 的熔融硅水铸锭，再检验和包装，即得用于生产有机硅原料的某一铝含量的化学硅。本发明步骤一中硅石的质量要求为硅石中Fe2O3≤0. 10%, Al2O3≤0.07， CaO≤0. 10%, SiO2 ≤ 99% ；硅石平均粒径为10 100mm。木炭中固定碳为50% 65%， 灰分≤0. 5%，粒径在3 80mm。石油焦中固定碳为70% 85%，灰分≤0. 5%，挥发分在 10% 13%，粒径 0. 5 20mm。本发明采用含铝精洗煤来部分替代木炭(25% 65%)，可以有效地调控化学硅 产品中铝的含量在0. 08% 0. 19%之间，优化了化学硅产品的内在组成，化学硅活性好， 提高了下游有机硅产品的收率，满足下游生产有机硅原料质量要求的最佳值，生产得到的化学硅满足421产品质量标准。本发明将含铝精洗煤作为原料引入，即将铝元素含量从原料的配比中进行控制， 不仅可以解决现有化学硅制备过程中，为了满足Al的含量值，需在制备过程(二次精炼过 程)中外加铝，而导致化学硅中铝含量易偏析、分布不均，且Al加入时，由于高温氧化生成 Al2O3而导致化学硅活性低、有机硅收率低的问题；同时节约了铝材料资源。木炭需要采用木材处理得到，不仅成本高，而且需要采伐木材，不利于环保。而本 发明利用资源较为丰富的含铝精洗煤替代部分木炭，减少了木炭的用量，很大程度上节约 了成本，同时有利于环保。本发明通过减少原料配方中的木炭量，加入含铝精洗煤来实现化学硅中铝含量的 可控调整，制备工艺简单，制备过程容易控制，成本低，有利于稳定电极，优化物料反应，保 持炉况运行平稳，提高了化学硅产品产量。综上所述，本发明方法得到的用于生产有机硅原料的化学硅，解决了现在生产化 学硅需要外加铝而导致化学硅中铝含量易偏析、分布不均及铝氧化而化学硅活性低及有机 硅收率低问题，并使得生产中的化学硅铝含量在一定范围内可以调控，保证炉况生产平稳， 化学硅产量和品质提高，满足下游有机硅原料质量要求的最佳值。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的 任意组合。
具体实施方式
一本实施方式为用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备 方法，其是通过以下步骤完成的一、按重量份称取以下物料120 140份的木炭和含铝 精洗煤的混合料、200份的硅石及30 40份的石油焦，其中含铝精洗煤占混合料重量的 25 % 65 %，含铝精洗煤中固定碳质量在65 % 78 %，灰分≤0. 5 % (质量)，Al2O3质量 在0. 4% 0. 8%之间；二、将步骤一称取的物料混合均勻，装入冶炼炉中，再加入电极，在 1500 1800°C条件下冶炼，得熔融硅水；三、对出炉的熔融硅水在1600 1800°C条件下进 行二次吹氧精炼，然后将精炼后的熔融硅水铸锭，再检验和包装，即得用于生产有机硅原料 的化学硅。本实施方式采用含铝精洗煤来部分替代木炭(38% 65% )，可以有效地调控化 学硅产品中铝的含量在0. 08% 0. 19%之间，优化了化学硅产品的内在组成，提高了下游 有机硅产品的收率，满足下游生产有机硅原料质量要求的最佳值。本实施方式通过减少原料配方中的木炭量，加入含铝精洗煤来实现化学硅中铝含 量的可控调整，制备工艺简单，制备过程容易控制，成本低，有利于稳定电极，优化物料反 应，保持炉况运行平稳，提高了化学硅产品产量。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中硅石的质量要 求为硅石中Fe2O3≤0. 10%, Al2O3≤0. 07，CaO ≤ 0. 10%, SiO2≥99%，硅石平均粒径为 10 100mm。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。本实施方式中硅石中各成分的含量范围均为质量百分比。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤一中木炭中固 定碳质量为50% 65%，灰分<0.5% (质量)，粒径在3 80mm。它步骤及参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一、二或三不同的是步骤一中石油 焦中固定碳质量为70 % 85 %，灰分< 0. 5 % (质量)，挥发分质量控制在10 % 13 %，粒 径为0. 5 20mm。其它步骤及参数与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤一中含铝 精洗煤占混合料重量的39% 54%。其它步骤及参数与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤一中含铝 精洗煤占混合料重量的50%。其它步骤及参数与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤二中在冶 炼前将步骤一称取的物料在正常的自然外温条件下，装入冶炼炉中，冶炼前在预热区预热 10 20min，再进入反应区进行冶炼。其它步骤及参数与具体实施方式
一至五之一相同。本实施方式中尽量保持步骤一称取的物料保持干燥。预热区和反应区是连续的， 同在冶炼炉中。预热区温度在300 800°C。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤二中冶炼 方式为每15 30min将冶炼得到的熔融硅水引至冶炼炉中的硅液区，并同时将新一批的 按步骤一的重量份比例称取的物料投加至冶炼炉中，如此重复投加10 12次物料。其它 步骤及参数与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是步骤三中对出 炉的熔融硅水在1600 1800°C条件下进行二次吹氧精炼60 90min。其它步骤及参数与具体实施方式
一至七之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是步骤三中吹氧 精炼采用的是空气和氧气的混合气，其中空气和氧气的压强比为1 5 9。其它步骤及参 数与具体实施方式
一至八之一相同。本实施方式根据硅包内的温度，来控制空气和氧气的量比。硅液的温度较高 (1800°C )时，空气和氧气的压强比为1 5，硅包温度较低(1600°C)时，空气和氧气的压 强比为1 9。
具体实施方式
十一本实施方式的用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制 备方法，其是通过以下步骤完成的一、按重量份称取以下物料130份的木炭和含铝精洗 煤的混合料、200份的硅石及40份的石油焦，其中含铝精洗煤占混合料重量的26. 9%，含铝 精洗煤中固定碳质量在70% 75%，灰分≥0. 5% (质量)，Al2O3质量在0. 4% 0. 8%之 间；二、将步骤一称取的物料混合均勻，装入冶炼炉中，再加入电极，在1500 1800°C条件 下冶炼，得熔融硅水；三、对出炉的熔融硅水在1600 1800°C条件下进行二次吹氧精炼，然 后将精炼后的熔融硅水铸锭，再检验和包装，即得用于生产有机硅原料的化学硅。本实施方式步骤一中称取的含铝精洗煤的重量为35kg。步骤一中硅石的质量要 求为硅石中Fe2O3≥0. 10%, Al2O3≥0. 07，CaO≤0. 10%, SiO2 ^ 99% ；硅石平均粒径为 20 60mm。木炭中固定碳为50% 60%，灰分≥0. 5%，粒径在10 50mm。石油焦中固 定碳为70% 80%，灰分≤0. 5%，挥发分在10% 13%，粒径5 15mm。本实施方式步骤二中冶炼方式为每20min将冶炼得到的熔融硅水引至冶炼炉中 的硅液区，并同时将新一批的按步骤一的重量份比例称取的物料投加至冶炼炉中，如此重复投加12次物料。然后步骤三中将处于硅液区的熔融硅水出炉，吹氧精炼60min。本实施方式采用含铝精洗煤来部分替代木炭(26.9% )，对得到的用于生产有机 硅原料的化学硅采用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱仪对化学硅中的元素进行测试，测 试得到化学硅中的Fe ( 0. 40%;A1 = 0. 08% 0. 12%;Ca^ 0. 09%，符合421产品要求。本实施方式的制备方法连续运行生产49天，从生产运行实际情况观察，电流平 稳，炉况稳定，物料反应良好。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
十一不同的是步骤一中含铝精洗 煤占混合料重量的39%。其它步骤及参数与具体实施方式
十一相同。本实施方式步骤一中称取的含铝精洗煤的重量为50kg。步骤一中硅石的质量要 求为硅石中Fe2O3彡0. 10%, Al2O3彡0. 07，CaO彡0. 10%, SiO2 ^ 99% ；硅石平均粒径为 20 60mm。木炭中固定碳为50% 60%，灰分彡0. 5%，粒径在10 50mm。石油焦中固 定碳为70% 80%，灰分彡0. 5%，挥发分在10% 13%，粒径5 15mm。本实施方式步骤二中冶炼方式和步骤三的精炼方式与具体实施方式
十的操作一 样。本实施方式采用含铝精洗煤(50kg)来部分替代木炭(39% )，对得到的用于生产 有机硅原料的化学硅采用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱仪对化学硅中的元素进行测 试，测试得到化学硅中的Fe彡0. 40% ；Al = 0.09% 0.15% ；Ca ^ 0. 08% ；符合421产 品要求。本实施方式的制备方法连续运行生产63天，从生产运行实际情况观察，电流平 稳，炉况稳定，有利于电极下插，炉面不“刺火”，物料反应良好。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
十一不同的是步骤一中含铝精洗 煤占混合料重量的50%。其它步骤及参数与具体实施方式
十一相同。本实施方式步骤一中物料的质量要求与具体实施方式
十中的一致；步骤二中冶炼 方式和步骤三的精炼方式与具体实施方式
十的操作一样。本实施方式采用含铝精洗煤(65kg)来部分替代木炭(50% )，对得到的用于生产 有机硅原料的化学硅采用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱仪对化学硅中的元素进行测 试，测试得到化学硅中的Fe彡0. 40% ；Al = 0.13% 0.17% ；Ca ^ 0. 07% ；符合421产 品要求。本实施方式的制备方法连续运行生产85天，从生产运行实际情况观察，电流平 稳，炉况稳定，有利于电极下插，炉面不“刺火”，物料反应良好。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十不同的是步骤一中含铝精洗煤 占混合料重量的54%。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。本实施方式步骤一中物料的质量要求与具体实施方式
十中的一致；步骤二中冶炼 方式和步骤三的精炼方式与具体实施方式
十的操作一样。本实施方式采用含铝精洗煤(70kg)来部分替代木炭(54% )，对得到的用于生产 有机硅原料的化学硅采用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱仪对化学硅中的元素进行测 试，测试得到化学硅中的Fe彡0. 37% ；Al = 0.12% 0.18% ；Ca ^ 0. 07% ；符合421产 品要求。本实施方式的制备方法连续运行生产51天，从生产运行实际情况观察，电流平稳，产品产量、物料反应良好，炉况运行稳定。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十一不同的是步骤一中含铝精洗煤占混合料重量的65%。其它步骤及参数与具体实施方式
十一相同。本实施方式步骤一中物料的质量要求与具体实施方式
十中的一致；步骤二中冶炼方式和步骤三的精炼方式与具体实施方式
十的操作一样。本实施方式采用含铝精洗煤(85kg)来部分替代木炭(65% )，对得到的用于生产有机硅原料的化学硅采用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱仪对化学硅中的元素进行测 试，测试得到化学硅中的Fe≤0. 40% ；Al = 0.16% 0.19% ；Ca ≤ 0. 07% ；符合421产 品要求。本实施方式的制备方法连续运行生产30天，从生产运行实际情况观察，电流平 稳，产品产量、物料反应良好，炉况运行稳定。
权利要求
1.一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方法，其特征在于用于生产有 机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方法，其是通过以下步骤完成的一、按重量份称取以 下物料120 140份的木炭和含铝精洗煤的混合料、200份的硅石及30 40份的石油焦， 其中含铝精洗煤占混合料重量的25 % 65 %，含铝精洗煤中固定碳质量在65 % 78 %，灰 分< 0. 5% (质量)，Al2O3质量在0. 4% 0. 8%之间；二、将步骤一称取的物料混合均勻， 装入冶炼炉中，再加入电极，在1500 1800°C条件下冶炼，得熔融硅水；三、对出炉的熔融 硅水在1600 1800°C条件下进行二次吹氧精炼，然后将精炼后的熔融硅水铸锭，再检验和 包装，即得用于生产有机硅原料的化学硅。
2.根据权利要求1所述的一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备 方法，其特征在于步骤一中硅石的质量要求为硅石中Fe2O3彡0. 10%, Al2O3彡0. 07， CaO ^ 0. 10%, SiO2彡99%，硅石平均粒径为10 100mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方 法，其特征在于步骤一中木炭中固定碳质量为50% 65%，灰分< 0. 5% (质量)，粒径在 3 80mmo
4.根据权利要求1或2所述的一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方 法，其特征在于步骤一中石油焦中固定碳质量为70 % 85%，灰分< 0. 5% (质量)，挥发 分质量控制在10% 13%，粒径为0. 5 20mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方 法，其特征在于步骤一中含铝精洗煤占混合料重量的39% 54%。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方 法，其特征在于步骤一中含铝精洗煤占混合料重量的50%。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方 法，其特征在于步骤二中在冶炼前将步骤一称取的物料在正常的自然外温条件下，装入冶 炼炉中，冶炼前在预热区预热10 20min，再进入反应区进行冶炼。
8.根据权利要求1或2所述的一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方 法，其特征在于步骤二中冶炼方式为每15 30min将冶炼得到的熔融硅水引至冶炼炉中 的硅液区，并同时将新一批的按步骤一的重量份比例称取的物料投加至冶炼炉中，如此重 复投加10 12次物料。
9.根据权利要求1或2所述的一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备 方法，其特征在于步骤三中对出炉的熔融硅水在1600 1800°C条件下进行二次吹氧精炼 60 90mino
10.根据权利要求1或2所述的一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备 方法，其特征在于步骤三中吹氧精炼采用的是空气和氧气的混合气，其中空气和氧气的压 强比为1 5 9。
全文摘要
一种用于生产有机硅原料的铝含量可调的化学硅制备方法，涉及一种化学硅制备方法。解决现有化学硅制备过程中，为了满足Al的含量值，需在制备过程中外加铝，而导致化学硅中铝含量易偏析、分布不均，及铝在加入过程中因高温氧化而导致化学硅活性低、有机硅收率低的问题。制备方法称取硅石、木炭、含铝精洗煤和石油焦，放入冶炼炉中，冶炼得熔融硅水；再对熔融硅水进行吹氧精炼，再铸锭、检验和包装即可。采用含铝精洗煤部分替代木炭，有效地调控化学硅产品中铝的含量，满足化学硅产品质量标准。化学硅活性好，提高了下游有机硅产品的收率。制备工艺简单，制备过程容易控制，成本低，环保；炉况运行平稳，生产过程平稳。
文档编号C01B33/025GK102001659SQ20101059049
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者姚忠平, 杨德福, 汪利, 董明义 申请人:黑河阳光伟业硅材料有限公司