CN103626183B

CN103626183B - 一种工业硅生产用还原剂

Info

Publication number: CN103626183B
Application number: CN201310356910.9A
Authority: CN
Inventors: 廖良
Original assignee: Individual
Current assignee: Dujiangyan Tianxing Silicon Industry LLC
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-08-16
Also published as: CN103626183A

Abstract

本发明提供了一种工业硅生产用还原剂，涉及一种还原剂,所述还原剂按质量百分比由0-100%的石油焦颗粒和0-100%的改性石油焦颗粒组成，所述石油焦颗粒和改性石油焦颗粒的粒度均在5-60mm范围内。本发明的还原剂的干基固定碳≥76%，可残留灰份≤1%，粗灰份≤8%，挥发份10%-16%，水分≤8%，与现有石油焦还原剂相比，本发明的还原剂透气性至少提高了一倍，石油焦投料损耗和炉面烧损减少6%以上，在1300℃下的石墨化程度减少50%以上，相对电阻率可保持时间延长20分钟以上，还原性提高30%以上，延长一倍左右的炉龄。

Description

一种工业硅生产用还原剂

技术领域

本发明涉及一种还原剂,尤其涉及一种工业硅生产用还原剂。

背景技术

目前我国工业硅的冶炼主要选用的还原剂有：石油焦、低灰份烟煤、木炭、木块等。木炭是最理想的还原剂，木炭孔隙率高，75%以上，反应活性好，电阻率高，几乎是任意一种焦炭的10倍，有利于电极深插，灰份3%左右。但因为木炭是一种可息资源，不单价格昂贵冶炼成本高，且采用大木炭工艺冶炼工业硅对环境的破坏是巨大的。

目前各工业硅生产企业都在不同程度上选用了石油焦替代部分木炭，但在生产过程中因为石油焦自身的理化特性，遇到了许多问题。虽然石油焦中固定碳高达76%以上，固定碳单位成本低，灰份低（1%以下），但其反应活性次于木炭和煤，电阻率小，在冶炼过程中石墨化快，导电性强。在生产过程中使用的石油焦粒径跨度大，是细粉到大块石油焦的混合料，其中直径小于5mm的粉焦比例占50%以上，从而导致投料时粉料扬尘损失大、料面烧损大、透气性差、炉内炉气压力大，表面孔隙风速偏高，造成炉面粉料跑料及烧损严重，达10%以上；因电阻率小，在1300℃左右易提前结晶，石墨化快导致电极不易下插；因炉内炉气压力大，造成炉气外排不畅，融化温度增高，造成电耗增高，加上石油焦粉尘多电阻率低，电极上部易附着石墨化结块，造成下电极困难，操作时捣炉机及大铲在炉内停留时间过长，造成铁高、产量低、产品指标不理想、炉底上涨炉龄短等。大颗粒的石油焦在生产过程中，电阻率变化大，且表面石墨化后石油焦就失去了还原作用，降低了利用率，造成资源浪费。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明实施例的目的是提供一种工业硅生产用还原剂，透气性好，石墨化程度低，还原性好，能延长矿热炉的炉龄。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业硅生产用还原剂，按质量百分比由0-100%的石油焦颗粒和0-100%的改性石油焦颗粒组成，所述石油焦颗粒和改性石油焦颗粒的粒度均在5-60mm范围内。

进一步地，所述改性石油焦颗粒为石油焦粉末压制成型得到的。

进一步地，所述改性石油焦颗粒包括石油焦粉末和添加剂组成，所述添加剂为SiO₂粉末和/或高分子聚合物。所述SiO₂粉末较优地选用无定型SiO₂粉末；所述高分子聚合物采用聚乙烯醇、羧甲基纤维素或者脲醛树脂等。

具体地，所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括0-10%的SiO₂粉末、0-0.6%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成，其中，所述SiO₂粉末和高分子聚合物不同时为零。

优选地，所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括4%-10%的SiO₂粉末、0.3%-0.6%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成。

优选地，所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括5%-10%的SiO₂粉末、0.4%-0.6%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成。

更优地，所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括8%的SiO₂粉末、0.5%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成。

更进一步地，所述改性石油焦颗粒还包括沥青，所述沥青优选为中高温沥青。

具体地，所述改性石油焦颗粒按质量百分比由1%-10%的SiO₂粉末、0.1%-0.6%的高分子聚合物、2%-5%的沥青和余量的石油焦粉末组成。

具体地，所述改性石油焦颗粒按质量百分比由4%-10%的SiO₂粉末、0.3%-0.6%的高分子聚合物、2%-5%的沥青和余量的石油焦粉末组成。

优选地，所述改性石油焦颗粒按质量百分比由5%-10%的SiO₂粉末、0.4%-0.6%的高分子聚合物、3%-5%的沥青和余量的石油焦粉末组成。

进一步地，所述还原剂按质量百分比由1-99%的石油焦颗粒和1-99%的改性石油焦颗粒组成。

优选地，所述还原剂按质量百分比由30%-90%的石油焦颗粒和10%-70%的改性石油焦颗粒组成。

所述还原剂按质量百分比由40%-80%的石油焦颗粒和20%-60%的改性石油焦颗粒组成。

更优地，所述还原剂按质量百分比由60%的石油焦颗粒和40%的改性石油焦颗粒组成。

进一步地，所述石油焦颗粒和改性石油焦颗粒的粒度均在5-15mm范围内。

进一步地，所述石油焦颗粒和改性石油焦颗粒的粒度均在16-40mm范围内。

进一步地，所述石油焦颗粒和改性石油焦颗粒的粒度均在41-60mm范围内。

本发明的工业硅生产用还原剂采用粒径为5-60mm的石油焦颗粒和/或改性石油焦颗粒为还原剂，干基固定碳≥76%，可残留灰份≤1%（粗灰份≤8%），挥发份10%-16%，水分≤8%。与现有的直径小于5mm的粉焦比例占50%以上的石油焦还原剂相比，本发明的工业硅生产用还原剂透气性至少提高了一倍，石油焦投料损耗和炉面烧损减少6%以上，在1300℃下的石墨化程度减少50%以上，相对电阻率可保持时间延长20分钟以上，还原性提高30%以上，延长一倍左右的炉龄。

本发明的工业硅生产用还原剂中的改性石油焦颗粒以石油焦粉末为原料制备得到，充分利用了石油焦粉末（直径小于5mm的粉焦），并且避免了石油焦粉末在工业硅生产过程中的各种弊端。

本发明的工业硅生产用还原剂能延长矿热炉的炉龄，由于本发明的还原剂可残留灰份低，排渣容易，炉底不易上涨，将延长一倍左右的炉龄，大大降低了企业的生产成本。

本发明的工业硅生产用还原剂能替代原大木炭工艺，能大大降低木炭的使用量，至少减少50%以上木炭使用量，减少成本200-300元/吨工业硅，进而大大降低了木材的砍伐，极大程度的起到保护自然环境的作用，进而达到减少并吸收碳排放的目的。

同时，本发明的工业硅生产用还原剂能大大降低对原材料的消耗及损耗，比原传统配方还原剂降低约4%-6%。

本发明的工业硅生产用还原剂的使用能大大提高工业硅企业的标准化生产，弥补其普遍工艺水平低下的不足，为今后达到自动化生产打下良好的基础。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例1：

一种工业硅生产用还原剂，由粒度在5-60mm范围内的石油焦颗粒组成。

本实施例中，粒度在5-15mm范围内的石油焦颗粒主要作用为参与还原反应，粒度在16mm-60mm范围的石油焦颗粒在参与还原反应的同时，由于粒径较大能够沉到炉底，起到炉底补碳的作用，同时使得炉底透气性提高，使原料反应完全，提高产率，降低炉底残渣，炉底不易上涨，将延长一倍左右的炉龄。

实施例2：

一种工业硅生产用还原剂，由粒度在5-60mm范围内的改性石油焦颗粒组成，所述改性石油焦颗粒为石油焦粉末压制成型得到的。

本实施例中，压制成型的改性石油焦颗粒的密度大大增加，提高了改性还原剂的电阻率，降低了生产过程中的石墨化的程度，进而提高了还原性能。例如采用100-300吨的压力进行压制成型，还原剂粒度越大，采用的压力越大。

实施例3：

一种工业硅生产用还原剂，由粒度在5-60mm范围内的改性石油焦颗粒组成，所述改性石油焦颗粒包括石油焦粉末和SiO₂粉末组成。

本实施例中，所述SiO₂粉末起到增加电阻的作用，较优地选用无定型SiO₂粉末。

本实施例中，所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括1%-10%的SiO₂粉末和余量的石油焦粉末组成，按上述组份称取SiO₂粉末和石油焦粉末后将其混合均匀后压制成型即得改性石油焦颗粒，例如采用100-300吨的压力进行压制成型，还原剂粒度越大，采用的压力越大。各组分的用量依据所述改性石油焦颗粒的大小不同而有所不同。

其中，粒度在5-15mm范围内的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括1%-4%的SiO₂粉末和余量的石油焦粉末组成。粒度在15mm-60mm范围内的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括5%-10%的SiO₂粉末和余量的石油焦粉末组成。例如，粒度为6mm的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括2%的SiO₂粉末和98%的石油焦粉末组成；粒度为40mm的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括8%的SiO₂粉末和92%的石油焦粉末组成。

实施例4：

一种工业硅生产用还原剂，由粒度在5-60mm范围内的改性石油焦颗粒组成，所述改性石油焦颗粒包括石油焦粉末和高分子聚合物组成。

所述高分子聚合物起到粘结作用，将石油焦粉末粘结在一起，高分子聚合物可以采用聚乙烯醇、羧甲基纤维素或者脲醛树脂等。

本实施例中，所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括0.1%-0.6%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成，按上述组份称取高分子聚合物和石油焦粉末后将其混合均匀后压制成型即得改性石油焦颗粒，例如采用100-300吨的压力进行压制成型，还原剂粒度越大，采用的压力越大。各组分的用量依据所述改性石油焦颗粒的大小不同而有所不同。

其中，粒度在5-15mm范围内的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括0.1%-0.3%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成。粒度在15mm-60mm范围内的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括0.4%-0.6%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成。例如，粒度为6mm的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括0.2%的高分子聚合物和99.8%的石油焦粉末组成；粒度为40mm的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括0.5%的高分子聚合物和99.5%的石油焦粉末组成。

实施例5：

一种工业硅生产用还原剂，由粒度在5-60mm范围内的改性石油焦颗粒组成，所述改性石油焦颗粒包括石油焦粉末、SiO₂粉末和高分子聚合物组成。

本实施例中，所述SiO₂粉末起到增加电阻的作用，较优地选用无定型SiO₂粉末；所述高分子聚合物起到粘结作用，将石油焦粉末和高分子聚合物粘结在一起，高分子聚合物可以采用聚乙烯醇、羧甲基纤维素或者脲醛树脂等。

本实施例中，所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括1%-10%的SiO₂粉末、0.1%-0.6%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成，按上述组份称取SiO₂粉末、高分子聚合物和石油焦粉末后将其混合均匀后压制成型即得改性石油焦颗粒，例如采用100-300吨的压力进行压制成型，还原剂粒度越大，采用的压力越大。各组分的用量依据所述改性石油焦颗粒的大小不同而有所不同。

其中，粒度在5-15mm范围内的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括1%-4%的SiO₂粉末、0.1%-0.3%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成。粒度在15mm-60mm范围内的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括5%-10%的SiO₂粉末、0.4%-0.6%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成。例如，粒度为6mm的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括2%的SiO₂粉末、0.2%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成；粒度为40mm的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括8%的SiO₂粉末、0.5%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末组成。

实施例6：

本实施例是在实施例2的基础上进行的优化，为了进一步提高还原剂的挥发份，所述改性石油焦颗粒由石油焦粉末、SiO₂粉末、沥青和高分子聚合物组成。

本实施例中，所述沥青的作用是提高还原剂的挥发份，优选中高温沥青。

本实施例中，所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括1%-10%的SiO₂粉末、0.1%-0.6%的高分子聚合物、2%-5%的沥青和余量的石油焦粉末组成，按上述组份称取SiO₂粉末、高分子聚合物、沥青和石油焦粉末后将其混合均匀后压制成型即得改性石油焦颗粒，例如采用100-300吨的压力进行压制成型，还原剂粒度越大，采用的压力越大。各组分的用量依据所述改性石油焦颗粒的大小不同而有所不同。

其中，粒度在5-15mm范围内的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括1%-4%的SiO₂粉末、0.1%-0.3%的高分子聚合物、2%的沥青和余量的石油焦粉末组成。粒度在15mm-60mm范围内的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括5%-10%的SiO₂粉末、0.4%-0.6%的高分子聚合物、3%-5%的沥青和余量的石油焦粉末组成。例如，粒度为40mm的改性石油焦颗粒，按质量百分比包括8%的SiO₂粉末、0.5%的高分子聚合物、4%的沥青和余量的石油焦粉末组成。

实施例7：

在不影响工业硅生产效率和生产质量的前提下，为了节约生产成本，可以将实施1中的石油焦颗粒与实施例2至实施例6中之一的改性石油焦颗粒按一定比例混合使用。

一种工业硅生产用还原剂，按质量百分比由1%-99%的实施例1的石油焦颗粒和1%-99%的实施例2至实施例6中之一的改性石油焦颗粒组成。

优选地，按质量百分比由30%-90%的实施例1的石油焦颗粒和10%-70%的实施例2至实施例6中之一的改性石油焦颗粒组成。

更优地，按质量百分比由40%-80%的实施例1的石油焦颗粒和20%-60%的实施例2至实施例6中之一的改性石油焦颗粒组成。

最佳地，按质量百分比由60%的实施例1的石油焦颗粒和40%的实施例2至实施例6中之一的改性石油焦颗粒组成。

实施例2至实施例6中所述的改性石油焦颗粒中，粒度在5-15mm范围内的改性石油焦颗粒主要作用为参与还原反应，粒度在16mm-60mm范围的改性石油焦颗粒在参与还原反应的同时，由于粒径较大能够沉到炉底，起到炉底补碳的作用，同时使得炉底透气性提高，使原料反应完全，提高产率，降低炉底残渣，炉底不易上涨，将延长一倍左右的炉龄。

以本发明的实施例的工业硅生产用还原剂为还原剂进行工业硅的冶炼生产，能够使得石油焦投料损耗和炉面烧损减少6%以上，在1300℃下的石墨化程度减少50%以上，相对电阻率可保持时间延长20分钟以上，还原性提高30%以上，延长一倍左右的炉龄，能大大降低对原材料的消耗及损耗，比原传统配方还原剂降低约4%-6%。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种工业硅生产用还原剂，其特征在于：所述还原剂按质量百分比由1%-99%的石油焦颗粒和1%-99%的改性石油焦颗粒组成，所述石油焦颗粒和改性石油焦颗粒的粒度均在5-60mm范围内，5-15mm范围内的石油焦颗粒和改性石油焦颗粒参与还原反应，16mm-60mm范围的石油焦颗粒和改性石油焦颗粒参与还原反应的同时，还起到炉底补碳和提高炉底透气性作用；所述改性石油焦颗粒包括石油焦粉末和添加剂，所述添加剂为无定型SiO₂粉末，或者所述添加剂为无定型SiO₂粉末和高分子聚合物。

2.根据权利要求1所述的一种工业硅生产用还原剂，其特征在于：所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括0-10%的无定型SiO₂粉末、0-0.6%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末，其中，无定型SiO₂粉末的质量百分比不为0。

3.根据权利要求2所述的一种工业硅生产用还原剂，其特征在于：所述改性石油焦颗粒按质量百分比包括4%-10%的无定型SiO₂粉末、0.3%-0.6%的高分子聚合物和余量的石油焦粉末。

4.根据权利要求1所述的一种工业硅生产用还原剂，其特征在于：所述改性石油焦颗粒还包括沥青。

5.根据权利要求4所述的一种工业硅生产用还原剂，其特征在于：所述改性石油焦颗粒按质量百分比由1%-10%的无定型SiO₂粉末、0.1%-0.6%的高分子聚合物、2%-5%的沥青和余量的石油焦粉末组成。

6.根据权利要求1至3之一所述的一种工业硅生产用还原剂，其特征在于：所述还原剂按质量百分比由30%-90%的石油焦颗粒和10%-70%的改性石油焦颗粒组成。

7.根据权利要求1至3之一所述的一种工业硅生产用还原剂，其特征在于：所述还原剂按质量百分比由60%的石油焦颗粒和40%的改性石油焦颗粒组成。