一种利用废弃物含碳球团炼硅的方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用废弃物含碳球团炼硅的方法，包括：将含硅原料、碳源、粘结剂和水混合，并压制成含碳球团，球团干燥后按合理的使用比例和布料方式加入到电炉中进行炼硅生产；所述含硅原料包括微硅粉和硅石粉中的一种或多种，所述微硅粉中二氧化硅的质量分数不小于95％；所述碳源包括木炭粉、石油焦粉和石墨粉中的一种或多种。该工艺含硅原料与还原剂的间隙降低到微米级，反应界面扩大，反应速度加快，其还原剂用量和反应时间将会大幅降低，有利于生产周期的缩短，从而可以达到节能减排、降低成本和综合高效利用资源的目的。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于含碳球团应用【技术领域】，具体涉及一种利用废弃物含碳球团冶炼金属 硅的方法。 一种利用废弃物含碳球团炼硅的方法
【背景技术】
[0002] 在传统炼硅工艺中，原料由硅石（Si02)和还原剂（木炭，石油焦等）组成，炼硅过 程是在半封闭式电炉内连续进行生产的，冶炼过程中电流通过电极及炉料电阻产生的热量 和电极端的电弧热将炉料加热到2000°C以上，在这一温度下二氧化硅经过一系列的物理化 学反应被碳还原生成了金属硅液体，并伴有C0气体和微硅粉逸出。
[0003] 然而在炼硅电炉正常操作上，尤其是大、中型电炉，要求炉料具有合适的块度以确 保良好的透气性。因此，入炉的硅石和木炭要有一定的粒度要求。一般情况下，硅石的粒度 控制在40-120mm，木炭粒度控制在20-200mm。这就要求在原料准备阶段要对娃石和还原剂 进行破碎、筛分、以满足入炉料的粒度要求。
[0004] 在破碎筛分过程中产生的不能入炉的碎硅石（粒度〈40_)和碎木炭（粒度 <20mm)等炼硅废弃物数量巨大。据统计，碎硅石要占到总硅石量的35%以上，而碎木炭也 要占到木炭量的20%左右。这些炼硅废弃物被闲置起来，造成了很大的资源浪费，这种浪 费使得单位产量的相对成本大大提高；而在冶炼过程中，也会有大量的固体废弃物微硅粉 (ω (Si) >95%)产生，而这些微硅粉若不充分利用，也会造成大量的资源浪费和生产成本 上升。此外，在冶炼成本上考虑，木炭的价格相对较高，若能使用价格相对便宜的石油焦或 石墨代替部分木炭，也会使炼硅成本大幅下降。但石油焦和石墨的粒度相对较细，直接入炉 会影响电炉的透气性。鉴于此，寻求一种将这些废弃物和价格低廉的还原剂较好地应用于 电炉炼硅的工艺是十分必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明根据含碳球团用于炼铁工艺的理论基础和实践经验，结合金属硅冶炼的实 际情况，提出了一种利用废弃物含碳球团炼硅的新工艺，即按电炉生产需求将炼硅废弃物 进行预处理、配料、造球、烘干，再将其加入电炉炼硅。
[0006] 本发明提供的利用废弃物含碳球团炼硅的方法包括：
[0007] 将含硅原料、碳源、粘结剂和水混合，并压制成球团，球团干燥后加入到电炉中进 行炼硅生产；所述含硅原料包括微硅粉和硅石粉中的一种或多种，所述微硅粉中二氧化硅 的质量分数不小于95% ;所述碳源包括木炭粉、石油焦粉和石墨粉中的一种或多种。
[0008] 所述粘结剂为能将同种或两种或两种以上同质或异质的制件（或材料）连接在一 起，固化后具有足够强度的有机或无机的、天然或合成的一类物质。
[0009] 优选的，所述粘结剂包括可溶性硅酸盐和有机烧失型粘结剂。
[0010] 更优选的，所述有机烧失型粘结剂包括淀粉。在本发明的实施例中提供了一种粘 结剂，所述粘结剂包括水玻璃、淀粉和羧甲基纤维素钠。
[0011] 更优选的，所述粘结剂包括水玻璃70?90wt%、淀粉0?20wt%和羧甲基纤维素 钠（CMC-Na)O ?10wt%。
[0012] 优选的，当采用碎硅石作为原料时，所述硅石粉为经湿磨、干燥后的得到的小于 100目的粉末。当采用硅石作为原料时，由于其粒度相对较大、硬度很高，需要采取湿磨的方 法进行处理，经干燥后取用。当采用微硅粉作为原料时，由于微硅粉粒度很细，不需要进行 处理，其可以直接进行配料造球。
[0013] 优选的，所述含硅原料、碳源和水的质量比为60-70 :20-40 :8-10。
[0014] 更优选的，所述木炭粉的粒度为3. 15mm以下。由于碎木炭粒度相对较小、硬度较 低，可采用干磨；但若其水分相对较高，也可以采取干磨加湿磨的方法进行，经干燥后取用。
[0015] 所述石油焦或石墨粉的粒度较细，不需要处理或进行简单的干磨，就可直接进行 造球配料。
[0016] 混勻与压球时，根据原料的性质，将含娃原料（碎娃石粉、微娃粉）和碳源（碎木 炭粉、石油焦粉或石墨粉）按一定的比例在混料机中两两混合或综合混合，使原料混合均 匀，再加入适量的粘结剂和水，均匀混料。选择对辊压球机适当的成球压力（20?30MPa) 和成球粒度（Φ 20?80mm)，将混匀料压制成球。
[0017] 含碳球团入炉时，应选择合理的炼硅废弃物含碳球团加入量和布料方式，将造好 的球团通过上料布料系统添加到电炉中进行冶炼，以获得电炉应用含碳球团炼硅的最佳效 果。
[0018] 按照本发明方法进行炼硅生产，其含硅原料与还原剂的间隙降低到微米级，反应 界面扩大，反应速度加快，其还原剂用量和反应时间将会大幅降低，有利于生产周期的缩 短，从而可以达到节能减排、降低成本和综合高效利用资源的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1、利用废弃物含碳球团炼硅新工艺流程图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实例对本发明进行简要补充和应用效果评述。
[0021] 实施例1
[0022] 参见图1，将微硅粉按照质量分数62%的比例配加26%石墨粉，与2%的粘结剂、 10%的水，经混匀后压制成Φ40πιπι的球团，干燥后以总原料配比5%的比例由电炉中心料 管加入到电炉中心部位（电炉中心部位含碳球团比例为50% )。生产数据显示单日产量为 42. 80吨，单位产量电耗为11955. 97度，相比完全使用传统配料冶炼所得的日产41. 12吨， 单位电耗12318. 64度，具有明显优势。
[0023] 实施例2
[0024] 将磨至100目以下的碎硅石粉按照质量分数64%的比例，配加25 %的磨至3. 15mm 以下的石油焦粉，与3%的粘结剂、8%的水，经混匀后压制成Φ40πιπι的球团，干燥后以总原 料配比10%的比例由电炉中心料管加入到电炉中心部位（电炉中心部位含碳球团比例为 100%)。生产数据显示单日产量为43. 65吨，单位产量电耗为12105. 33度。同样，相比完 全使用传统配料冶炼所得的数据，优势明显。
[0025] 对上述应用实例所得产品进行化验。得到ω (Si)彡99. 5%，ω (Fe)彡0. 2%， ω(Α1) <0.16%的金属硅，冶炼效果良好。足见将这些细碎原料经合理配比混匀后压球， 送入电炉冶炼的新工艺，不仅利于提高产品质量和产量、扩大原料来源、降低成本，而且可 以大大降低金属硅生产的能耗、提高硅生产效率，在炼硅废弃物循环利用方面取得了良好 效果，保障了经济效益和社会效益的同步提升。
【权利要求】
1. 一种利用废弃物含碳球团炼硅的方法，包括： 将含硅原料、碳源、粘结剂和水混合，并压制成含碳球团，球团干燥后加入到电炉中进 行炼硅生产；所述含硅原料包括微硅粉和硅石粉中的一种或多种，所述微硅粉中二氧化硅 的质量分数不小于95% ;所述碳源包括木炭粉、石油焦粉和石墨粉中的一种或多种。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结剂包括可溶性硅酸盐和有机烧 失型粘结剂。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有机烧失型粘结剂包括淀粉。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当采用碎硅石作为原料时，所述硅石粉为 经湿磨、干燥后的得到的小于100目的粉末。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含硅原料、碳源和水的质量比为 60-70 ：20-40 ：8-10〇
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木炭粉的粒度为3. 15mm以下。
7. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，压制成球时压力为20?30MPa。
8. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，压制成球的含碳球团的粒度在 Φ 20 ?80mm。
【文档编号】C01B33/025GK104098099SQ201410294993
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】段东平, 韩宏亮, 王文忠, 周娥, 陈思明 申请人:中国科学院过程工程研究所