CN105483379A - 利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法 - Google Patents

利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，它是将晶体硅切片行业废弃的切割废粉料全部或者部分替代焦炭作为还原剂配入铬矿原料中直接入炉进行冶炼作业，充分利用晶体硅切割废粉料中的高纯单质硅、碳化硅具有的高储能强还原特性，在高温熔融状态下对铬矿中的铬、铁氧化物进行还原放热反应即可制得合格的铬铁合金产品，它能大批量规模化地高效回收利用晶体硅切割废粉料中的高纯单质硅和碳化硅资源和储能，既可有效解决晶体硅切片行业因堆放切割废粉料造成的环境污染问题，又可极大地降低冶炼铬铁合金单位能耗进而降低生产成本，对冶金企业开展节能减排增效降耗工作有积极意义，具有显著的环保效应和经济效益。

Description

利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法
技术领域
本发明涉及高效回收晶体硅切割废粉料进行无害化综合利用的技术，具体地说是一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法。
背景技术
在太阳能光伏产业中广泛使用的硅片都是通过对晶体硅锭进行切片加工作业所获取的，为适应太阳能光伏产业高速发展的需要，我国切片行业对晶体硅（包括多晶硅和单晶硅）进行切割加工的能力正呈日益扩大之势，切割工艺技术也在不断完善和进步。目前，我国晶体硅切片行业应用最为广泛的是“线切割”新型切割技术，它的切片原理是：由机器导轮带动钢丝线高速运转将以聚乙二醇为主要成份的切割液和碳化硅微粉混合的砂浆送到切割区对晶体硅锭进行切片作业。虽然这种新型的“线切割”技术对提高晶体硅切片质量和产能有一定作用，但是，我们也无需讳言，它在切割过程中仍会有大量硅粉末（约占晶体硅锭重量的20%—40%）进入切割液中，当切割液中沉积的硅粉末逐渐增多后就会严重影响切片质量和效能而成为含硅砂浆废料被排弃。我国晶体硅切片行业每年排放废弃的含硅砂浆废料的数量巨大，它会对周边生态环境造严重污染。在排弃的砂浆废料中主要含有约30%的高纯单质硅、约35%的碳化硅、约20%的聚乙二醇和水以及少量的铁氧化物。现行晶体硅切片行业仅对容易提取的聚乙二醇和部分碳化硅采取了回收利用措施，对提取的聚乙二醇后剩余的大量尾粉料却是任意堆放废弃于周边场地，日积月累不断增多形成巨大的“粉堆山”二次污染源，这已成为严重危害生态环境安全而切片企业又无力自行消化解决的一个严峻问题，也是整个切片行业长期以来一直希望解决的一个重大技术课题。据检测：在切片企业周边排弃堆放积压的大量尾粉料实质上是切割晶体硅锭时产生的硅粉末废料和部分碳化硅的混合物，它的主要成分为高纯单质硅和碳化硅，具有高载能、强还原的物质特性。这种具有高载能强还原的尾粉料却正是冶金企业可用于生产冶炼铬铁合金的一种优质硅原料。能否回收利用晶体硅切片行业堆积废弃的“粉堆山”晶硅资源来并用于冶炼铬铁合金的生产原料呢？经检索：迄今为止，在国内外冶金文献资料中均未查阅到有关“回收晶体硅切割废粉料用作冶炼铬铁合金产品”的相关报道，这正是本发明想要解决的一个技术课题。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，它能有效解决晶体硅切片行业因大量尾粉料造成的环境污染问题，又为冶炼铬铁合金开发了一个巨大的具有高储能强还原性的硅资源原料宝库并探索出了一个冶炼铬铁合金的全新的生产方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：
一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，其特征在于：它依次按以下步骤进行，
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.03—0.30份，
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料；
②入炉冶炼：将按重量份配比计量称取的物料输入铁合金冶炼矿热炉内，按冶炼铬铁合金要求的操作规程进行冶炼作业；
③出铁浇铸：对冶炼合格的液态铁合金进行扒除炉渣作业后，将铁水浇注于锭模内，待冷却后进行精整作业去除夹带炉渣，即可制得铬铁合金产品。
为更好地实现本发明的目的，在“备取原料”的步骤中，它是按下述优化的重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.20—0.30份。
更进一步地说，在“备取原料”的步骤中，它是按下述进一步优化的重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.25份。
一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，其特征在于：它依次按以下步骤进行，
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.03—0.30份，
焦炭0.03—0.22份，
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料；
②入炉冶炼：将按重量份配比计量称取的物料输入铁合金冶炼矿热炉内，按冶炼铬铁合金要求的操作规程进行冶炼作业；
③出铁浇铸：对冶炼合格的液态铁合金进行扒除炉渣作业后，将铁水浇注于锭模内，待冷却后进行精整作业去除夹带炉渣，即可制得铬铁合金产品。
为更好地实现本发明的目的，在“备取原料”的步骤中，它是按下述优化的重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.15—0.25份，
焦炭0.05—0.15份。
更进一步地说，在“备取原料”的步骤中，它是按下述进一步优化的重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.20份，
焦炭0.10份。
为更好地实现本发明的目的，在“备取原料”与“入炉冶炼”之间还有“粉料压球”的步骤，它是将计量称取的晶体硅切割废粉料放入搅拌机内，按晶体硅切割废粉料重量的5%—20%称取水泥放入搅拌机内，再按晶体硅切割废粉料重量的5%—10%加水后进行搅拌作业制成混合料；将混合料送入强力压球机内进行压制造球作业，即制得球状物料，控制球状物料的直径为15—50mm。
实现本发明目的的有关技术理论依据如下：
现行火法冶炼铬铁合金的基本原理是在电能作用下将铬矿冶炼成高温熔融状态，以焦炭为还原剂对铬矿中的铬和铁氧化物进行还原反应制得铬铁合金产品。本发明依据晶体硅切割废粉料中的高纯单质硅、碳化硅具有高载能强还原的特性，有目的地利用晶体硅切割废粉料（主要成分是高纯单质硅、碳化硅）作为冶炼铬铁合金的还原剂原料，将晶体硅切割废粉料全部或者部分替代焦炭、硅石作为还原剂及增硅造渣剂直接参配于铬矿原料中进行入炉冶炼作业，在高温熔融状态下由晶体硅切割废粉料中的高纯单质硅、碳化硅对铬矿中的铬和铁的氧化物进行还原反应，即可制得铬铁合金产品。由于晶体硅切割废粉料中的高纯单质硅、碳化硅具有高载能的特性，它与铬和铁的氧化物进行还原反应会释放出大量的反应热，能极大地降低冶炼铬铁合金的单位电耗，对金冶金行业开展节能减排降耗工作有显著的技术效果。
本申请人经过较长时期的试用表明：晶体硅切割废粉料确是一种可用于冶炼铬铁合金的极佳还原剂原料。在现有冶炼设备技术条件下，利用晶体硅切割废粉料来替代焦炭作为还原剂直接参配于铬矿原料中进行入炉冶炼作业，完全可以制得质量优良的铬铁合金产品。
本发明具有如下突出的实质性特点和显著进步：
本发明的关键核心点在于：本发明的关键核心点在于：它是将具有高载能、强还原特性的晶体硅切割废粉料全部或者部分替代焦炭还原剂和硅石造渣剂直接配入铬矿原料中，按照现行装备工艺进行生产操作即可制得合格的铬铁合金产品。它既为冶金行业生产冶炼铬铁合金找到了一个高载能的还原剂原料，又能大规模地消化解决晶体硅切片行业因切割废粉料长期积压堆放存在污染环境的问题。本发明具有工艺技术简捷易于掌握、工人生产操作方便、回收利用硅资源节能降耗效果好和降低铬铁合金生产成本的突出优点。经试用表明：本发明确实具有显著的社会环保效应和重大的经济效益，在冶金行业和太阳能新能源行业中很好的推广应用前景。
具体实施方式
实施例一：用晶体硅切割废粉料全部替代焦炭冶炼铬铁合金的实施方式
一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，它依次按以下步骤进行：
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1000kg，
晶体硅切割废粉料300kg。
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料。
②入炉冶炼：将按重量份配比计量称取的物料输入铁合金冶炼矿热炉内，按冶炼铬铁合金要求的操作规程进行冶炼作业。
③出铁浇铸：对冶炼合格出炉的液态铁合金经扒除炉渣后，将铁水浇注于锭模内，待冷却后进行精整作业去除夹带炉渣，即可制得合格的铬铁合金产品。
实施例二：用晶体硅切割废粉料全部替代焦炭冶炼铬铁合金的实施方式
一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，它依次按以下步骤进行：
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1000kg，
晶体硅切割废粉料250kg。
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料。
再按实施例一所述的方式依次进行“②入炉冶炼、③出铁浇铸”步骤的操作，即可制得合格的铬铁合金产品。
实施例三：用晶体硅切割废粉料全部替代焦炭冶炼铬铁合金的实施方式
一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，它依次按以下步骤进行：
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1000kg，
晶体硅切割废粉料300kg。
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料。
②粉料压球：将“备取原料”步骤中计量称取的300kg晶体硅切割废粉料放入搅拌机内，再计量称取30kg水泥放入搅拌机内，再加入20kg水后，进行搅拌作业制成混合料；将混合料送入强力压球机内进行压制造球作业，制得直径为25mm的球状物料。
③入炉冶炼：将“备取原料”步骤中按重量份配比计量称取的1000kg铬矿原料和“粉料压球”步骤中制得球状物料输入铁合金冶炼矿热炉内，按冶炼铬铁合金要求的操作规程进行冶炼作业。
④出铁浇铸：对冶炼合格出炉的液态铁合金经扒除炉渣后，将铁水浇注于锭模内，待冷却后进行精整作业去除夹带炉渣，即可制得合格的铬铁合金产品。
实施例四：用晶体硅切割废粉料部分替代焦炭冶炼铬铁合金的实施方式
一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，它依次按以下步骤进行：
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1000kg，
晶体硅切割废粉料200kg,
焦炭100kg。
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料。
再按实施例一所述的方式依次进行“②入炉冶炼、③出铁浇铸”步骤的操作，即可制得合格的铬铁合金产品。
实施例五：用晶体硅切割废粉料部分替代焦炭冶炼铬铁合金的实施方式
一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，它依次按以下步骤进行：
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1000kg，
晶体硅切割废粉料150kg，
焦炭120kg。
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料。
再按实施例一所述的方式依次进行“②入炉冶炼、③出铁浇铸”步骤的操作，即可制得合格的铬铁合金产品。
实施例六：用晶体硅切割废粉料部分替代焦炭冶炼铬铁合金的实施方式
一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，它依次按以下步骤进行：
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1000kg，
晶体硅切割废粉料200kg,
焦炭80kg。
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料。
②粉料压球：将“备取原料”步骤中计量称取的200kg晶体硅切割废粉料放入搅拌机内，再计量称取20kg水泥放入搅拌机内，再加入16kg水后，进行搅拌作业制成混合料；将混合料送入强力压球机内进行压制造球作业，制得直径为30mm的球状物料。
③入炉冶炼：将“备取原料”步骤中按重量份配比计量称取的1000kg铬矿原料、80kg焦炭和“粉料压球”步骤中制得球状物料输入铁合金冶炼矿热炉内，按冶炼铬铁合金要求的操作规程进行冶炼作业。
④出铁浇铸：对冶炼合格出炉的液态铁合金经扒除炉渣后，将铁水浇注于锭模内，待冷却后进行精整作业去除夹带炉渣，即可制得合格的铬铁合金产品。

Claims (7)

1.一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，其特征在于：它依次按以下步骤进行，
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.03—0.30份，
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料；
②入炉冶炼：将按重量份配比计量称取的物料输入铁合金冶炼矿热炉内，按冶炼铬铁合金要求的操作规程进行冶炼作业；
③出铁浇铸：对冶炼合格的液态铁合金进行扒除炉渣作业后，将铁水浇注于锭模内，待冷却后进行精整作业去除夹带炉渣，即可制得铬铁合金产品。
2.根据权利要求1所述的一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，其特征在于：在“备取原料”步骤中，按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.20—0.30份。
3.根据权利要求1所述的一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，其特征在于：在“备取原料”步骤中，按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.25份。
4.一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，其特征在于：它依次按以下步骤进行，
①备取原料：按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.03—0.30份，
焦炭0.03—0.22份，
上述“铬矿原料”是指符合冶炼铬铁合金工艺入炉技术指标的一种或多种铬矿混合物；
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料；
②入炉冶炼：将按重量份配比计量称取的物料输入铁合金冶炼矿热炉内，按冶炼铬铁合金要求的操作规程进行冶炼作业；
③出铁浇铸：对冶炼合格的液态铁合金进行扒除炉渣作业后，将铁水浇注于锭模内，待冷却后进行精整作业去除夹带炉渣，即可制得铬铁合金产品。
5.根据权利要求4所述的一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，其特征在于：在“备取原料”步骤中，按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.15—0.25份，
焦炭0.05—0.15份。
6.根据权利要求4所述的一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，其特征在于：在“备取原料”步骤中，按下述重量份配比计量称取物料，
铬矿原料1份，
晶体硅切割废粉料0.20份，
焦炭0.10份。
7.根据权利要求1或4所述的一种利用晶体硅切割废粉料作还原剂冶炼铬铁合金的生产方法，其特征在于：在“备取原料”与“入炉冶炼”之间还有“粉料压球”的步骤，它是将计量称取的晶体硅切割废粉料放入搅拌机内，按晶体硅切割废粉料重量的5%—20%称取水泥放入搅拌机内，再按晶体硅切割废粉料重量的5%—10%加水后进行搅拌作业制成混合料；将混合料送入强力压球机内进行压制造球作业，即制得球状物料，控制球状物料的直径为15—50mm。
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