CN103803552B - 一种工业硅冶炼还原剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业硅冶炼还原剂的制备方法，包括将无烟煤、粘结剂、各类碳粉、生物质混合均匀得到混合物料；将制得的混合物料分批次加入到成型机的料仓中，在料仓内充分搅拌并慢慢加热至80℃～300℃，物料在自身重力作用下进入压球系统后热压成型，制成?150mm～600mm的球团；将得到的球团在水的冷却和冲刷下，迅速脱模后干燥；将冷却和冲刷得到的球团分批次加入到工业硅冶炼矿热炉中，替代木炭生产高品质的工业硅产品。本发明生产出的工业硅球团还原剂具有固定碳含量高、灰分低、反应活性好、气孔率大、粒度适宜、机械强度高等特点，可增加产量，提高产品质量，降低电耗，减少生产成本，适用于大中型矿热炉的工业硅冶炼。
Description
技术领域
本发明属于有色冶金熔炼技术领域，具体涉及一种工业硅冶炼还原剂的制备方法。
背景技术
我国生产金属硅所用的还原剂主要是：木炭、木块、石油焦和低灰份的烟煤。因木炭的孔隙率最大，而且有许多直孔，适于气体通过，它在很高温度下结晶程度也无大的增长，所以在还原条件下，有较高的比电阻和反应能力。所以到目前为止，木炭在金属硅的冶炼过程中是最好的还原剂，长期以来，我国工业硅生产企业一直是以木炭作为主要还原剂。烟煤、石油焦等只能少量配入，主要是由于石油焦高温条件下石墨化程度高，造成还原活性低，石油焦中钒和镍含量较高，易使有机硅生产所用的催化剂产生中毒，使甲基硅烷转化率和选择性降低。无烟煤虽然固定碳含量高、灰分低，但是存在挥发分低，化学活性差，在高温条件下容易膨胀热离等问题，也不能直接用来作还原剂生产工业硅。
生产木炭需要消耗大量的森林资源，大量的木炭消耗导致森林资源越来越少，严重破坏了生态环境。从长远来看，我国森林覆盖面积不到国土的10%，森林是需要一定的生长周期，大量的森林砍伐不符合保护生态环境、创建低碳社会、发展循环经济的要求，硅产业的发展不能以大量消耗并不富裕的能源和林木资源为代价，由于资源的限制，木炭价格大幅度上涨，严重影响了炼硅企业的经济效益，硅产业的发展受到了还原剂的限制。因此，研究开发一种来源广泛、绿色环保、成本低廉的工业硅冶炼还原剂，替代木炭生产工业硅，具有十分重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固定碳含量高、反应活性好、绿色环保、经济效益好的工业硅冶炼还原剂的制备方法。
本发明的目的是这样实现的，具体包括以下步骤：
A、将无烟煤、粘结剂、各类碳粉、生物质混合均匀得到混合物料；
B、将步骤A得到的混合物料分批次加入到成型机的料仓内，在料仓内充分搅拌并加热至80℃～300℃，物料在自身重力作用下进入压球系统后热压成型，制成?150mm～600mm的球团；
C、在压球系统制成的球团脱模后自然干燥，根据配料及物理、化学成分的不同，制成的球团可直接作为工业硅还原剂使用或者在高温炉中煅烧后作为工业硅冶炼还原剂使用，煅烧温度为700℃～1400℃；
D、将步骤C得到的球团分批次加入到工业硅冶炼矿热炉中，替代木炭生产高品质的工业硅产品。
与现有技术比较，本发明方法采用无烟煤、各类碳粉、生物质等为主要原料，利用热压成型工艺制成工业硅冶炼球团还原剂，这种还原剂不但聚集了单一碳质还原剂的优点，还使无烟煤有效应用于工业硅冶炼中，降低了工业硅冶炼还原剂的获得成本，同时实现了无烟煤资源价值的提升，拓展了无烟煤的应用领域；本发明通过搅拌和加热的方式，使物料充分混合，增强了粘结剂和其它组分之间的接触，使球团的冷强度、热强度、反应活性大大提升，各项性能指标明显优于采用其它技术生产的球团，比较适合用于工业硅冶炼还原剂使用；本发明还提供了一种回收生物质和废弃碳粉的有效方法，实现了资源的循环利用；本发明生产出的工业硅冶炼球团还原剂具有反应活性高、比电阻大、机械强度高、杂质含量低等特点，有利于提高工业硅冶炼化学反应速度，增加产品产量、降低冶炼能耗，减少生产成本等优点，可适用于大中型矿热炉的工业硅冶炼。
本发明的有益效果表现为：
1、本发明生产的球团具有固定碳含量高、灰分低、杂质少、机械强度高等优点，应用于工业硅生产中替代木炭作为还原剂使用，有利于提高工业硅产品的产量和质量。
2、本发明提供了一种来源广泛、经济合理的工业冶炼还原剂制备方法，实现了无烟煤、废弃碳粉和生物质资源的综合利用。在工业硅冶炼中替代木炭作还原剂使用，减少了国家森林资源的消耗，保护了生态环境。
3、本发明降低了金属硅冶炼的生产成本，提高了企业经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明保护范围。
本发明用无烟煤、粘结剂、各类碳粉、生物质制备工业硅冶炼还原剂包括以下步骤：
A、将无烟煤、粘结剂、各类碳粉、生物质混合均匀得到混合物料；
B、将步骤A得到的混合物料分批次加入到成型机的料仓内，在料仓内充分搅拌并加热至80～300℃，物料在自身重力作用下进入压球系统后热压成型，制成?150～600mm的球团；
C、在压球系统制成的球团脱模后自然干燥，根据配料及物理、化学成分的不同，制成的球团可直接作为工业硅还原剂使用或者在高温炉中煅烧后作为工业硅冶炼还原剂使用，煅烧温度为700～1400℃；
D、将步骤C得到的球团分批次加入到工业硅冶炼矿热炉中，替代木炭生产高品质的工业硅产品。
所述A步骤中的混合物料中配料比为无烟煤：粘结剂：各类碳粉：生物质=(1～90)：（3～20）：（1～90）：（1～10）。
所述A步骤的粘结剂为天然沥青、石油沥青、页岩沥青和煤焦油沥青、氢氧化钠、碳酸钠中的一种或几种混合物以及其它各种无机粘结剂、有机粘结剂和复合粘结剂。
所述A步骤中的生物质为稻草、锯末，树枝，小木块，稻壳，竹屑，花生皮，葵花籽壳，糠醛渣，酒渣，甘蔗渣，玉米芯，椰子壳，咖啡壳以及农作物秸秆等中的一种或几种混合物以及其它各种广泛意义上的生物质。
实施例1
按照无烟煤：石油沥青：木炭粉：稻草=60:15:20:5（质量百分比）的比例配料，得到混合物料加入到成型机的料仓内，在料仓内通过导热油盘管加热并搅拌，加热至120℃，然后进入压球系统后热压成型，制成?400mm的球团。球团在水的冷却和冲刷下，迅速脱模后干燥，经过检测：球团固定碳含量85%，灰分3.45%，挥发分21.5%，其它各项性能指标达到工业硅冶炼还原剂的要求。
将上述球团：木炭=1:1比例加入到工业硅冶炼矿热炉中生产工业硅，生产过程中炉况稳定，产品产量与原来相比增加1.75%，电极单耗下降5.22%，电耗下降0.76%，3303工业硅产品品级率提高4.81%。
实施例2
按照无烟煤：煤焦油沥青：石油焦粉：锯末=70:10:18:2（质量百分比）的比例配料，得到混合物料加入到成型机的料仓内，在料仓内通过导热油盘管加热并搅拌，慢慢加热至150℃，然后进入压球系统后热压成型，制成?400mm的球团。球团在水的冷却和冲刷下，迅速脱模后干燥，经过检测：球团固定碳含量91%，灰分3.14%，挥发分18.5%，其它各项性能指标达到工业硅冶炼还原剂的要求。
将上述球团在回转窑中煅烧，煅烧温度为1000℃，然后按照煅烧球团：木炭=6:4比例加入到工业硅冶炼矿热炉中生产工业硅，生产过程中炉况运行稳定，产品产量与原来相比增加5.85%，电极单耗下降4.82%，电耗下降3.72%，3303产品品级率基本不变。
实施例3
按照洗精煤粉：石油沥青：石油焦粉：咖啡壳=30:15:50:5（质量百分比）的比例配料，得到混合物料加入到成型机的料仓内，在料仓内通过导热油盘管加热并搅拌，慢慢加热至180℃，然后进入压球系统后热压成型，制成?400mm的球团。球团在水的冷却和冲刷下，迅速脱模后干燥，经过检测：球团固定碳含量78%，灰分4.24%，挥发分29.5%，其它各项性能指标达到工业硅冶炼还原剂的要求。
将上述球团：木炭=7:3比例加入到工业硅冶炼矿热炉中生产工业硅，生产过程中炉况稳定，产品产量与原来相比增加0.45%，电极单耗下降0.22%，电耗下降0.26%，产品质量变化不大，生产成本下降5%。
实施例4
按照石油焦粉：石油沥青：木炭粉：麦秆=60:12:25:3（质量百分比）的比例配料，得到混合物料加入到成型机的料仓内，在料仓内通过导热油盘管加热并搅拌，慢慢加热至200℃，然后进入压球系统后热压成型，制成?400mm的球团。球团在水的冷却和冲刷下，迅速脱模后干燥，经过检测：球团固定碳含量83%，灰分4.94%，挥发分21.5%，其它各项性能指标达到工业硅冶炼还原剂的要求。
将上述球团：木炭=8:2比例加入到工业硅冶炼矿热炉中生产工业硅，生产过程中炉况稳定，产品产量与原来相比增加0.15%，电极单耗下降1.32%，电耗下1.26%，产品质量变化不大，生产成本下降9%。
Claims (2)
1.一种工业硅冶炼还原剂，其特征在于所述还原剂的原料为质量比60~70:10~15:18~20:2~5的无烟煤:粘结剂:各类碳粉:生物质，粘结剂为天然沥青、石油沥青、页岩沥青和煤焦油沥青、氢氧化钠、碳酸钠中的一种或几种混合物；所述还原剂的制备方法包括：
A、将无烟煤、粘结剂、各类碳粉、生物质混合均匀得到混合物料；
B、将步骤A得到的混合物料分批次加入到成型机的料仓内，在料仓内充分搅拌并加热至80~300℃，物料在自身重力作用下进入压球系统后热压成型，制成?150~600mm的球团；
C、在压球系统制成的球团脱模后自然干燥，根据配料及物理、化学成分的不同，制成的球团直接作为工业硅还原剂使用，或者制成的球团在高温炉中煅烧后作为工业硅冶炼还原剂使用，煅烧温度为700~1400℃；
D、将步骤C得到的球团分批次加入到工业硅冶炼矿热炉中，替代木炭生产高品质的工业硅产品。
2.根据权利要求1所述的工业硅冶炼还原剂，其特征在于所述的生物质为稻草、锯末、树枝、小木块、稻壳、竹屑、花生皮、葵花籽壳、糠醛渣、酒渣、甘蔗渣、玉米芯、椰子壳、咖啡壳、农作物秸秆中的一种或几种混合物。
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