1.本发明属于工业硅冶炼领域，尤其涉及一种含兰炭的硅冶炼用还原剂及其制备方法。
背景技术：
2.目前，工业硅冶炼生产所使用的碳质还原剂为木炭、石油焦、洗精煤等具有一定块度的加工块或自然块。木炭灰分低、化学活性强、孔隙率高、比电阻大、高温下不易石墨化，是工业硅生产的最佳碳质还原剂。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。导致森林资源日益匮乏，诸多木炭厂停产，对工业硅生产造成严重影响。因此，探寻多种固定碳含量高、化学反应活性高、低灰份含量及其挥发份含量适中等优点的新型还原剂，是我国工业硅产业共同面临又亟待解决的瓶颈问题，也是工业硅产业实现可持续发展的关键所在。
3.为进一步提高企业在行业中竞争、生存能力，扩展还原剂使用范围，提升生产组织过程各个环节中管控水平，在木炭、石油焦、洗精煤等还原剂价格不断升高及进货渠道逐渐狭窄前提下，研究使用目前行业内未成熟或未大量推广使用的原料技术对支撑企业在行业内发展壮大意义重大，因此很多科学家在此方向上投入了大量的精力。在专利cn201110438673.1中涉及到了采用5毫米以下的木炭、煤炭、石油焦、冶金焦、兰炭等炭质物作为还原剂的一部分来冶炼硅；但其并未深入研究木炭和兰炭的比例且所得产品的影响。专利cn201611252407.9涉及一种金属硅及其生产工艺；其所用原料为硅石20％-25％、兰炭5％-7％、水洗煤10％-12％、石英砂37％-38％、石灰石15％-16％、萤石5％-10％。其也未深入研究木炭和兰炭的比例且所得产品的影响。
技术实现要素：
4.本发明针对现有技术的工业硅碳质还原剂制备的问题，提供一种含兰炭的硅冶炼用还原剂及其制备方法，本发明通过使用兰炭替代部分石油焦、烟煤，尤其在使用兰炭10％、木炭35％时，在工业硅冶炼生产量稳定的情况下，产量和产品质量得到提升，还原剂成本下降5～10％，进一步降低工业硅冶炼原料成本。
5.本发明一种含兰炭的硅冶炼用还原剂，其所用原料由下述组分组成：
6.10wt％兰炭、35wt％木炭、15wt％～20wt％粒度焦、18wt％～39wt％高粘煤、0～7wt％中粘煤、0～7wt％无粘煤、0～7wt％低灰煤、1wt％粘结剂、0～2wt％木块。
7.一种兰炭制备硅冶炼用还原剂的方法，具体步骤如下：
8.s1，将兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低灰煤、木块分别破碎至颗粒；
9.s2，按照10wt％兰炭、35wt％木炭、15wt％～20wt％粒度焦、18wt％～39wt％高粘煤、0～7wt％中粘煤、0～7wt％无粘煤、0～7wt％低灰煤、1wt％粘结剂、0～2wt％木块混匀得到混合物；
10.s3，待s2中的物料出现明显粘结成块后，在5～10mpa的压力条件下得到直径为60-120mm的球团状复合碳质还原剂；
11.s4，将s3得到的球团状复合碳质还原剂球团置于温度为400～600℃下隔绝空气低温焙烧10～30h，随炉冷却至室温得到硅冶炼用还原剂。
12.所述s1中，将兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低灰煤、木块分别破碎至颗粒后，进行除铁。在工业上应用时，一般用干式电磁除铁器进行除铁。
13.所述s1中，所有原料的粒度破碎至小于3mm的颗粒。
14.在工业上应用时，球团状复合碳质还原剂的尺寸大小根据冶炼炉的尺寸和要求进行优化选择。
15.所述木炭中固定碳含量为79～81wt％。
16.所述兰炭中固定碳含量为86～88wt％。
17.所述石油焦中固定碳含量为89～93wt％。
18.所述烟煤中固定碳含量为58～62wt％。
19.所述粘结剂为改质中温煤沥青或有机无机复合粘结剂，有机无机复合粘结剂中无机粘结剂占30～50wt％，有机粘结剂占50～70％。作为优选，有机无机复合粘结剂中无机粘结剂占30wt％，有机粘结剂占70wt％。
20.所述无机粘结剂为水玻璃，有机粘结剂为纤维素粘结剂。
21.作为进一步的优选，s2中，混合物以质量百分比计，由10％兰炭、35％木炭、19％粒度焦、35％高粘煤、1％粘结剂混匀组成。或混合物以质量百分比计，由10％兰炭、35％木炭、20％粒度焦、23％高粘煤、3％无粘煤、6％低灰煤、1％粘结剂、2％木块混匀组成。
22.本发明的有益效果是：
23.本发明通过使用优化比例的和用量的兰炭和木炭替代部分石油焦、洗精煤，尤其在使用兰炭10％、木炭35％时，配合19％粒度焦、35％高粘煤、1％粘结剂或使用10％兰炭、35％木炭配合20％粒度焦、23％高粘煤、3％无粘煤、6％低灰煤、1％粘结剂、2％木块可以确保在工业硅冶炼生产量稳定的情况下，进一步降低工业硅冶炼原料成本，且得到更多的优质产物。
24.本发明通过使用优化比例的和用量的兰炭和木炭替代部分石油焦、洗精煤，尤其在使用兰炭10％、木炭35％时，在工业硅冶炼生产量稳定的情况下，产量和产品质量得到提升，还原剂成本下降2～6％。
具体实施方式
25.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
26.实施例1
27.一种兰炭制备硅冶炼用还原剂的方法，具体步骤如下：
28.s1，将兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低灰煤、木块分别破碎至至小于3mm的颗粒，然后干式电磁除铁器进行除铁，能减少物料带入铁量，可以提高产出金属硅的产品质量；
29.s2，按照质量百分含量配取10％兰炭、35％木炭、19％粒度焦、35％高粘煤、1％粘
结剂混匀得到混合物，其中粘结剂为改质中温煤沥青或有机无机复合粘结剂，有机无机复合粘结剂中无机粘结剂占30wt％，有机粘结剂占70wt％，无机粘结剂为水玻璃，有机粘结剂为纤维素粘结剂；
30.s3，待s2中的物料出现明显粘结成块后，在8mpa的压力条件下制备出直径为60mm的球团状复合碳质还原剂；
31.s4，将s3得到的球团状复合碳质还原剂球团置于温度为500℃下隔绝空气低温焙烧20h，随炉冷却至室温得到硅冶炼用还原剂；
32.具体的，木炭中固定碳含量为80wt.％，兰炭中固定碳含量为87wt.％，石油焦中固定碳含量为90wt.％，高粘煤中固定碳含量为61wt.％。
33.本实施例混合物以质量百分比计，由10％兰炭、35％木炭、19％粒度焦、35％高粘煤、1％粘结剂混匀组成；
34.将200kg硅石(99.5％sio2、0.05％al2o3、0.03％fe2o3、0.05％cao)破碎成粒度20～100mm的块状，经清洗、筛分后与106kg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72.4kg工业硅产品(牌号si4110)；工业硅产品的成分为si》99.6wt.％，fe≤0.19wt.％，al≤0.09wt.％，ca≤0.05wt.％。生产1吨工业硅产品电极损耗0.057吨、消耗电能12950kw.h。
35.实施例2
36.s1，将兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低灰煤、木块分别破碎至小于3mm的颗粒，然后干式电磁除铁器进行除铁，能减少物料带入铁量，可以提高产出金属硅的产品质量；
37.s2，按照质量百分含量配取10％兰炭、35％木炭、15％粒度焦、19％高粘煤、7％中粘煤、6％无粘煤、7％低灰煤、1％粘结剂混匀得到混合物，其中粘结剂为改质中温煤沥青或有机无机复合粘结剂，有机无机复合粘结剂中无机粘结剂占30wt％，有机粘结剂占70wt％，无机粘结剂为水玻璃，有机粘结剂为纤维素粘结剂；
38.s3，待s2中的物料出现明显粘结成块后，在8mpa的压力条件下制备出直径为70mm的球团状复合碳质还原剂；
39.s4，将s3得到的球团状复合碳质还原剂球团置于温度为500℃下隔绝空气低温焙烧20h，随炉冷却至室温得到硅冶炼用还原剂；
40.具体的，木炭中固定碳含量为81wt.％，兰炭中固定碳含量为88wt.％，石油焦中固定碳含量为93wt.％，高粘煤中固定碳含量为61wt.％，中粘煤中固定碳含量为62wt.％，无粘煤中固定碳含量为61wt.％，低灰煤中固定碳含量为62wt.％；
41.本实施例混合物以质量百分比计，由10％兰炭、35％木炭、15％粒度焦、19％高粘煤、7％中粘煤、6％无粘煤、7％低灰煤、1％粘结剂混匀组成；
42.将200kg硅石(99.5％sio2、0.05％al2o3、0.03％fe2o3、0.05％cao)破碎成粒度20～100mm的块状，经清洗、筛分后与107kg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71.6kg工业硅产品(牌号si4110)；工业硅产品的成分为si》99.6wt.％，fe≤0.19wt.％，al≤0.09wt.％，ca≤0.05wt.％。生产1吨工业硅产品电极损耗0.05吨、消耗电能12970kw.h。
43.实施例3
44.s1，将兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低灰煤、木块分别破碎至小于3mm的颗粒，然后干式电磁除铁器进行除铁，能减少物料带入铁量，可以提高产出金属硅的产品质量；
45.s2，按照质量百分含量配取10％兰炭、35％木炭、18％粒度焦、30％高粘煤、6％无粘煤、1％粘结剂混匀得到混合物，其中粘结剂为改质中温煤沥青或有机无机复合粘结剂，有机无机复合粘结剂中无机粘结剂占30wt％，有机粘结剂占70wt％，无机粘结剂为水玻璃，有机粘结剂为纤维素粘结剂；
46.s3，待s2中的物料出现明显粘结成块后，在8mpa的压力条件下制备出直径为80mm的球团状复合碳质还原剂；
47.s4，将s3得到的球团状复合碳质还原剂球团置于温度为500℃下隔绝空气低温焙烧20h，随炉冷却至室温得到硅冶炼用还原剂；
48.具体的，木炭中固定碳含量为80wt.％，兰炭中固定碳含量为88wt.％，石油焦中固定碳含量为90wt.％，高粘煤中固定碳含量为62wt.％，无粘煤中固定碳含量为60wt.％；
49.本实施例混合物以质量百分比计，由10％兰炭、35％木炭、18％粒度焦、30％高粘煤、6％无粘煤、1％粘结剂混匀组成；
50.将200kg硅石(99.5％sio2、0.05％al2o3、0.03％fe2o3、0.05％cao)破碎成粒度20～100mm的块状，经清洗、筛分后与106kg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71.1kg工业硅产品(牌号si4110)；工业硅产品的成分为si》99.6wt.％，fe≤0.19wt.％，al≤0.09wt.％，ca≤0.05wt.％。生产1吨工业硅产品电极损耗0.06吨、消耗电能12990kw.h。
51.实施例4
52.s1，将兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低灰煤、木块分别破碎至小于3mm的颗粒，然后干式电磁除铁器进行除铁，能减少物料带入铁量，可以提高产出金属硅的产品质量；
53.s2，按照质量百分含量配取10％兰炭、35％木炭、20％粒度焦、23％高粘煤、3％无粘煤、6％低灰煤、1％粘结剂、2％木块混匀得到混合物，其中粘结剂为改质中温煤沥青或有机无机复合粘结剂，有机无机复合粘结剂中无机粘结剂占30wt％，有机粘结剂占70wt％，无机粘结剂为水玻璃，有机粘结剂为纤维素粘结剂；
54.s3，待s2中的物料出现明显粘结成块后，在8mpa的压力条件下制备出直径为100mm的球团状复合碳质还原剂；
55.s4，将s3得到的球团状复合碳质还原剂球团置于温度为500℃下隔绝空气低温焙烧20h，随炉冷却至室温得到硅冶炼用还原剂；
56.具体的，木炭中固定碳含量为79wt.％，兰炭中固定碳含量为88wt.％，石油焦中固定碳含量为92wt.％，高粘煤中固定碳含量为61wt.％，无粘煤中固定碳含量为62wt.％，低灰煤中固定碳含量为61wt.％，木块中固定碳含量为38wt.％；
57.本实施例混合物以质量百分比计，由10％兰炭、35％木炭、20％粒度焦、23％高粘煤、3％无粘煤、6％低灰煤、1％粘结剂、2％木块混匀组成；
58.将200kg硅石(99.5％sio2、0.05％al2o3、0.03％fe2o3、0.05％cao)破碎成粒度20～100mm的块状，经清洗、筛分后与106kg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72.7kg工业硅产品(牌号si4110)；工业硅产品的成分为si》99.6wt.％，fe≤0.19wt.％，al≤0.09wt.％，ca≤0.05wt.％。生产1吨工业硅产品电极损耗0.061吨、消耗电能12880kw.h。
59.实施例5
60.s1，将兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低灰煤、木块分别破碎至小于3mm的颗粒，然后干式电磁除铁器进行除铁，能减少物料带入铁量，可以提高产出金属硅的产品质量；
61.s2，按照质量百分含量配取10％兰炭、35％木炭、19％粒度焦、28％高粘煤、3％无粘煤、4％低灰煤、1％粘结剂、2％木块混匀得到混合物，其中粘结剂为改质中温煤沥青或有机无机复合粘结剂，有机无机复合粘结剂中无机粘结剂占30wt％，有机粘结剂占70wt％，无机粘结剂为水玻璃，有机粘结剂为纤维素粘结剂；
62.s3，待s2中的物料出现明显粘结成块后，在8mpa的压力条件下制备出直径为120mm的球团状复合碳质还原剂；
63.s4，将s3得到的球团状复合碳质还原剂球团置于温度为500℃下隔绝空气低温焙烧20h，随炉冷却至室温得到硅冶炼用还原剂；
64.具体的，木炭中固定碳含量为80wt.％，兰炭中固定碳含量为88wt.％，石油焦中固定碳含量为90wt.％，高粘煤中固定碳含量为59wt.％，无粘煤中固定碳含量为60wt.％，低灰煤中固定碳含量为59wt.％，木块中固定碳含量为38wt.％；
65.本实施例混合物以质量百分比计，由10％兰炭、35％木炭、19％粒度焦、28％高粘煤、3％无粘煤、4％低灰煤、1％粘结剂、2％木块混匀组成；
66.将200kg硅石(99.5％sio2、0.05％al2o3、0.03％fe2o3、0.05％cao)破碎成粒度20～100mm的块状，经清洗、筛分后与106kg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71.5kg工业硅产品(牌号si4110)；工业硅产品的成分为si》99.6wt.％，fe≤0.19wt.％，al≤0.09wt.％，ca≤0.05wt.％。生产1吨工业硅产品电极损耗0.063吨、消耗电能12890kw.h。
67.对比例1
68.s1，将兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低灰煤、木块分别破碎至小于3mm的颗粒，然后干式电磁除铁器进行除铁，能减少物料带入铁量，可以提高产出金属硅的产品质量；
69.s2，按照质量百分含量配取5％兰炭、40％木炭、19％粒度焦、35％高粘煤、1％粘结剂混匀得到混合物，其中粘结剂为改质中温煤沥青或有机无机复合粘结剂，有机无机复合粘结剂中无机粘结剂占30wt％，有机粘结剂占70wt％，无机粘结剂为水玻璃，有机粘结剂为纤维素粘结剂；
70.s3，待s2中的物料出现明显粘结成块后，在8mpa的压力条件下制备出直径为90mm的球团状复合碳质还原剂；
71.s4，将s3得到的球团状复合碳质还原剂球团置于温度为500℃下隔绝空气低温焙烧20h，随炉冷却至室温得到硅冶炼用还原剂；
72.具体的，木炭中固定碳含量为80wt.％，兰炭中固定碳含量为87wt.％，石油焦中固定碳含量为90wt.％，高粘煤中固定碳含量为61wt.％；
73.本对比例混合物以质量百分比计，由5％兰炭、40％木炭、19％粒度焦、35％高粘煤、1％粘结剂混匀组成；
74.将200kg硅石(99.5％sio2、0.05％al2o3、0.03％fe2o3、0.05％cao)破碎成粒度20～100mm的块状，经清洗、筛分后与107kg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68.9kg工业硅产品(牌号si4110)；工业硅产品的成分为si》99.3wt.％，fe≤0.19wt.％，al≤0.09wt.％，ca≤0.05wt.％。生产1吨工业硅产品电极损耗0.067吨、消耗电能13010kw.h。
75.对比例2
76.s1，将兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低灰煤、木块分别破碎至小于3mm的颗粒，然后干式电磁除铁器进行除铁，能减少物料带入铁量，可以提高产出金属硅的产品质量；
77.s2，按照质量百分含量配取15％兰炭、30％木炭、19％粒度焦、28％高粘煤、3％无粘煤、4％低灰煤、1％粘结剂、2％木块混匀得到混合物，其中粘结剂为改质中温煤沥青或有机无机复合粘结剂，有机无机复合粘结剂中无机粘结剂占30wt％，有机粘结剂占70wt％，无机粘结剂为水玻璃，有机粘结剂为纤维素粘结剂；
78.s3，待s2中的物料出现明显粘结成块后，在8mpa的压力条件下制备出直径为110mm的球团状复合碳质还原剂；
79.s4，将s3得到的球团状复合碳质还原剂球团置于温度为500℃下隔绝空气低温焙烧20h，随炉冷却至室温得到硅冶炼用还原剂；
80.具体的，木炭中固定碳含量为80wt.％，兰炭中固定碳含量为88wt.％，石油焦中固定碳含量为90wt.％，高粘煤中固定碳含量为59wt.％，无粘煤中固定碳含量为60wt.％，低灰煤中固定碳含量为59wt.％，木块中固定碳含量为38wt.％；
81.本对比例混合物以质量百分比计，由15％兰炭、30％木炭、19％粒度焦、28％高粘煤、3％无粘煤、4％低灰煤、1％粘结剂、2％木块混匀组成；
82.将200kg硅石(99.5％sio2、0.05％al2o3、0.03％fe2o3、0.05％cao)破碎成粒度20～100mm的块状，经清洗、筛分后与106kg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69.1kg工业硅产品(牌号si4110)；工业硅产品的成分为si》99.4wt.％，fe≤0.19wt.％，al≤0.09wt.％，ca≤0.05wt.％。生产1吨工业硅产品电极损耗0.065吨、消耗电能13070kw.h。
83.对比例3
84.其他条件和实施例1一致，不同之处在于：本对比例混合物以质量百分比计，由45％木炭、22％粒度焦、27％中粘煤、5％无粘煤、1％粘结剂混匀组成；具体的，木炭中固定碳含量为80wt.％，石油焦中固定碳含量为90wt.％，中粘煤中固定碳含量为59wt.％，无粘煤中固定碳含量为60wt.％。
85.将200kg硅石(99.5％sio2、0.05％al2o3、0.03％fe2o3、0.05％cao)破碎成粒度20～100mm的块状，经清洗、筛分后与107kg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68.7kg牌号为si4210的工业硅。生产1吨工业硅产品电极损耗0.063吨、消耗电能13100kw.h。对比实施例1和对比例3不难看出，还原剂的组成对高质量工业硅的产出有着很重要的影响。
86.上面对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。