CN108545744A - 一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法及设备 - Google Patents

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Abstract

发明公开了一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法及设备，一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将有机硅渣进行筛选，获得选矿料；步骤2，在选矿料中加入碳酸钙粉和生石灰粉，获得入炉料；步骤3，将入炉料转运至熔炼炉，并加入还原剂焦炭和无烟煤进行熔炼；步骤4，将熔炼后的混合物提渣并倒渣后获得铁水；步骤5，熔炼完成后依次进行浇注、冷却；冷却完毕后按规格出模并精整，最后获得工业粗硅。本发明操作流程简单、成本价格低廉、回收利用率高，实现了资源再利用，经济环保。

Description

一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法及设备
技术领域
发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法及设备。
背景技术
工业硅又称结晶硅，是由硅石和焦炭等还原剂在矿热炉内冶炼成的产品。以硅石为原料，以焦炭为还原剂冶炼而成的Si含量98％～99％或以上的产品，多用于半导体制造、铝合金制品、硅制品、钢铁冶炼及金属陶瓷等。
在结晶硅的生产过程中，会产生大量的有机硅渣，有机硅渣长期以来都用来铺路或作为弃渣填坑，造成了资源浪费，占用了大量的土地资源，浪费大量人力物力。现有的回收产业普遍存在工程技术储备不足，资源回收利用率偏低，再生品应用性能较差等情况，尤其是存在工艺废弃物比例过高的情况，在资源浪费的同时也给环境造成一定的二次影响。
因此，发展一种操作简单、成本低廉、绿色环保的利用有机硅渣再提炼工业粗硅的方法，可以实现宝贵资源的再利用，同时创造可观的经济价值。
实用新型内容
发明所要解决的技术问题是：现有的有机硅渣处理方法资源回收利用率较低，发明提供了解决上述问题的一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，操作流程简单、成本价格低廉、回收利用率高，实现了资源再利用，经济环保。
发明通过下述技术方案实现：
一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将有机硅渣进行筛选，获得选矿料；
步骤2，在选矿料中加入碳酸钙粉和生石灰粉，获得入炉料；
步骤3，将入炉料转运至熔炼炉，并加入还原剂焦炭和无烟煤进行熔炼；
步骤4，将熔炼后的混合物提渣并倒渣后获得铁水；
步骤5，熔炼完成后依次进行浇注、冷却；冷却完毕后按规格出模并精整，最后获得工业粗硅。
优选地，所述步骤3中，采用分次投料方式：所述入炉料从熔炼炉顶部进行分层添加，待一层熔化后再添加下一层进行熔炼。
优选地，所述步骤1中，通过破碎、筛分、手选、机选或磁选任一种或多种组合方式获得选矿料，所述选矿料的粒度不超过5mm，且硅含量不低于70％。
优选地，所述步骤2中，所述碳酸钙粉加入量为3～5kg/1000kg选矿料，所述生石灰粉加入量为7～10kg/1000kg选矿料。
优选地，所述步骤3中，还原剂焦炭粒径为0.5～2mm，所述无烟煤粒径为0.1～1mm。
优选地，所述步骤3中，还加入硅石粉，所述硅石粉加入量为30～40kg/1000kg选矿料。
优选地，所述步骤4中通过加入生石灰粉调节铁水粘度并提渣。
实施上述利用有机硅渣提炼工业粗硅制备方法的设备，包括炉体和进料装置，所述炉体的顶部开设有进料通孔；所述进料装置包括连接套管、转筒和进料管，所述连接套管轴向一端贯穿所述进料通孔伸入炉体内上部，连接套管外壁与炉体的进料通孔处转动连接；连接套管位于炉体外管段侧壁上沿周向环设有从动齿，还包括与所述从动齿啮合适配的主动齿轮；所述连接套管伸入炉体内的端部同轴设置转筒，所述转筒呈倒圆台状结构，转筒的侧壁上设有若干进料槽，所述每个进料槽的长轴方向与转筒的长轴方向平行，若干进料槽沿转筒的侧壁周向等间距分布；转筒的底端面开设有若干进料孔；由电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮通过从动齿依次带动连接套管和转筒转动；所述进料管由连接套管的自由端插入后伸入转筒内、且与转筒连通。
优选地，还包括安装套管，所述安装套管套设在所述进料通孔、且通过法兰可拆卸固定在炉体的进料通孔处；所述安装套管的内壁设有轴承，连接套管外壁通过所述轴承转动设置在安装套管内。
优选地，所述进料槽的槽口短径在沿转筒的轴向方向由上至下逐渐减小。
发明具有如下的优点和有益效果：
1、发明可获得Si含量达到98％～99％或以上的金属硅，符合国家金属硅98％的检验标准。该方法操作流程简单、成本价格低廉、回收利用率高，实现了资源再利用，并且生产过程绿色环保，是硅行业的一项节能减排的好方法，具有重要的社会和经济意义；
2、发明提供一种设备，工作原理为配制好的入炉料由进料管加入，入炉料由进料管进入转筒内，同时启动电机，电机带动主动齿轮转动，通过主动齿轮与从动齿的啮合传动作用带动连接套管转动，连接套管带动转筒转动；在转筒的离心力作用下，将入炉料由转筒侧壁上的进料槽被甩出洒落至炉体内底部进行熔炼，同时，还有部分入炉料经转筒底端面上的进料孔进入炉体底部；由于转筒外部整体呈倒圆台结构，且开设沿轴向延伸的进料槽及底端面设置进料孔，防止入炉料在离心力下堆积在炉体内的环侧壁处，实现入炉料在炉体底部均匀分散。因此，加料时实现一层一层添加的方式，即在铁水顶部加入一层入炉料，待该层熔化后再添加下一层进行熔炼。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对发明实施例的限定。在附图中：
图1为发明的制备工艺流程图。
图2为发明的主视截面结构示意图；
图3为发明的转筒立体结构示意图；
图4为发明的转筒俯视结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：1-炉体，2-连接套管，3-转筒，4-进料管，5-从动齿，6-主动齿轮，7-电机，8-进料槽，9-进料孔，10-安装套管，11-法兰，12-轴承，13-转动接头。14-软管，15-加料斗。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对发明作进一步的详细说明，发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释发明，并不作为对发明的限定。
一般而言，有机硅渣中的硅含量水平可达35％以上，有些会超过50％，因此，回收有机硅渣并从中提取金属硅不仅是对资源的回收利用，最大限度地减少对环境的污染，同时也具有重要的社会意义和经济价值。此外，在有机硅渣中还含有C、H2O、FeO、Al2O3、CaO、S、P等，上述物质在不同批次的有机硅渣中可能存在一定的含量浮动。表1给出了某有机硅渣原料经检测获得的各主要成分含量。
表1有机硅渣原料成分
Si SiO2 C H2O FeO Al2O3 CaO S P 其他有机硅化合物
50.4％ 10.9％ 15.2％ 9.0％ 0.5％ 5.5％ 6.2％ 0.9％ 0.6％ 0.8％
对所述有机硅渣原料进行手选、机选及磁选，具体包括：由于有机硅渣原料大小不均，一般先进行初步筛选，挑选出大块材料后破碎至合适大小，然后再进行手选，手选后再由振动筛冲水到机器分选，并晒干或烤干。进一步对制干的材料进行磁选，以去除其中的磁性金属杂质(主要是Fe)，获得选矿料。选矿料的粒度最好保持在5mm以下。选矿料的硅含量不低于70％为佳，小范围的浮动也可。选矿料置于配料车间待用。以表1中所述的有机硅渣为例，经选矿后的有机硅渣中硅含量将有大幅提高，各主要成分的含量参见表2。
表2选矿后原料主要成分表
Si SiO2 C H2O FeO Al2O3 CaO S P 其他有机硅化合物
70.5％ 3.6％ 3.9％ 9.0％ 0.4％ 5.3％ 6.0％ 0.8％ 0.5％ 0.8％
将熔炼好的铁水倒入铁水包中，由行车吊装至浇注区进行铸模，铸模完成后冷却出模并精整，可破碎成粒径5～10公分的自然块，检验合格后装袋入库。熔炼过程加入粉状焦炭、无烟煤进行还原，通过硅灰覆盖深度燃烧后大大降低Al2O3、CaO、S等杂质的含量，获得的金属硅产品中Si的含量满足国家检验标准。为实现绿色环保生产，在实际生产过程中还设置了净化除尘处理：除尘设备包括活动烟罩、烟管、布袋除尘器、引风机、烟囱等。灰尘、烟气经烟罩进入烟管至布袋除尘器脉充式除尘袋进行净化，净化后的烟气由引风机送入烟囱排入大气，收集的粉尘返回原料库。
实施例1
一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，具体操作步骤为：将有机硅渣2800kg，先进行筛分，挑选出大块材料后破碎至合适大小，然后进行手选，手选后再由振动筛冲水到机器分选，并晒干。进一步对制干的材料进行磁选，以去除其中的磁性金属杂质(主要是Fe)，获得选矿料。将选矿料的粒度保持在5mm以下，选矿料的硅含量不低于70％为佳。在配料车间进行添料，即在上述获得的选矿料中撒入碳酸钙石粉6kg，生石灰粉14kg，获得入炉料。用铲车将配制好的入炉料从配料车间运送到熔炼车间，行车吊到熔炼炉操作平台，准备进行熔炼。熔炼炉优先选用3t中频炉，将所述入炉料加入中频炉，待炉子开温后加入硅石粉(即石英砂，SiO2)，再加入适量焦炭和无烟煤作为混合还原剂进行熔炼。焦炭和无烟煤预先破碎成粉状，其中，焦炭粒径不超过2mm，无烟煤粒径不超过1mm为佳。混合还原剂的使用量根据还原反应需求来控制。熔炼过程中，如果燃烧火苗太旺，可在炉料的顶部覆盖一层硅灰，覆盖的硅灰可以防溅，同时也可减少能量损失，维持温度恒定。待炉料基本化成铁水时加入生石灰粉，生石灰粉的使用量视铁水粘稠度而定，以方便提渣，提渣后将上层渣滓倒掉。继续向炉中加入入炉料，加料时优选一层一层添加的方式，即在铁水顶部加入一层入炉料，待该层熔化后再添加下一层进行熔炼，熔炼时重复上述步骤，适量加入硅石粉、粉状焦炭和无烟煤，起渣后停止加料，然后适时加入生石灰粉提渣倒渣，直至铁水炼满整炉。全程熔炼2h，提3次渣即可完成。将熔炼好的铁水倒入铁水包中，由行车吊至浇注区进行铸模，冷却出模后精整，破碎成粒径10cm的自然块，检验合格后装袋入库。
实施例2
一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，具体操作步骤为：将有机硅渣3400kg，先进行筛分，挑选出大块材料后破碎至合适大小，然后进行手选，手选后再由振动筛冲水到机器分选，并晒干。进一步对制干的材料进行磁选，以去除其中的磁性金属杂质(主要是Fe)，获得选矿料。将选矿料的粒度保持在5mm以下，选矿料的硅含量不低于70％为佳。在配料车间进行添料，即在上述获得的选矿料中撒入碳酸钙石粉8kg，生石灰粉20kg，获得入炉料。用铲车将配制好的入炉料从配料车间运送到熔炼车间，行车吊到熔炼炉操作平台，准备进行熔炼。熔炼炉优先选用3t中频炉，将所述入炉料加入中频炉，待炉子开温后加入硅石粉(即石英砂，SiO2)，再加入适量焦炭和无烟煤作为混合还原剂进行熔炼。焦炭和无烟煤预先破碎成粉状，其中，焦炭粒径不超过2mm，无烟煤粒径不超过1mm为佳。混合还原剂的使用量根据还原反应需求来控制。熔炼过程中，如果燃烧火苗太旺，可在炉料的顶部覆盖一层硅灰，覆盖的硅灰可以防溅，同时也可减少能量损失，维持温度恒定。待炉料基本化成铁水时加入生石灰粉，生石灰粉的使用量视铁水粘稠度而定，以方便提渣，提渣后将上层渣滓倒掉。继续向炉中加入入炉料，加料时优选一层一层添加的方式，即在铁水顶部加入一层入炉料，待该层熔化后再添加下一层进行熔炼，熔炼时重复上述步骤，适量加入硅石粉、粉状焦炭和无烟煤，起渣后停止加料，然后适时加入生石灰粉提渣倒渣，直至铁水炼满整炉。全程熔炼2h，提3次渣即可完成。将熔炼好的铁水倒入铁水包中，由行车吊至浇注区进行铸模，冷却出模后精整，破碎成粒径10cm的自然块，检验合格后装袋入库。
实施例3
一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，具体操作步骤为：将有机硅渣4000kg，先进行筛分，挑选出大块材料后破碎至合适大小，然后进行手选，手选后再由振动筛冲水到机器分选，并晒干。进一步对制干的材料进行磁选，以去除其中的磁性金属杂质(主要是Fe)，获得选矿料。将选矿料的粒度保持在5mm以下，选矿料的硅含量不低于70％为佳。在配料车间进行添料，即在上述获得的选矿料中撒入碳酸钙石粉12kg，生石灰粉26kg，获得入炉料。用铲车将配制好的入炉料从配料车间运送到熔炼车间，行车吊到熔炼炉操作平台，准备进行熔炼。熔炼炉优先选用3t中频炉，将所述入炉料加入中频炉，待炉子开温后加入硅石粉(即石英砂，SiO2)，再加入适量焦炭和无烟煤作为混合还原剂进行熔炼。焦炭和无烟煤预先破碎成粉状，其中，焦炭粒径不超过2mm，无烟煤粒径不超过1mm为佳。混合还原剂的使用量根据还原反应需求来控制。熔炼过程中，如果燃烧火苗太旺，可在炉料的顶部覆盖一层硅灰，覆盖的硅灰可以防溅，同时也可减少能量损失，维持温度恒定。待炉料基本化成铁水时加入生石灰粉，生石灰粉的使用量视铁水粘稠度而定，以方便提渣，提渣后将上层渣滓倒掉。继续向炉中加入入炉料，加料时优选一层一层添加的方式，即在铁水顶部加入一层入炉料，待该层熔化后再添加下一层进行熔炼，熔炼时重复上述步骤，适量加入硅石粉、粉状焦炭和无烟煤，起渣后停止加料，然后适时加入生石灰粉提渣倒渣，直至铁水炼满整炉。全程熔炼2h，提3次渣即可完成。将熔炼好的铁水倒入铁水包中，由行车吊至浇注区进行铸模，冷却出模后精整，破碎成粒径10cm的自然块，检验合格后装袋入库。
实施例4
一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的设备，包括炉体1和进料装置，所述炉体1的顶部开设有进料通孔。进料装置包括连接套管2、转筒3和进料管4，连接套管2轴向一端贯穿进料通孔伸入炉体1内上部，连接套管2外壁与炉体1的进料通孔处转动连接；连接套管2位于炉体1外管段侧壁上沿周向环设有从动齿5，还包括与所述从动齿5啮合适配的主动齿轮6。连接套管伸入炉体1内的端部同轴设置转筒3，转筒3呈倒圆台状结构，转筒3的侧壁上设有六个进料槽8，每个进料槽8的长轴方向与转筒3的长轴方向平行，六个进料槽8沿转筒3的侧壁周向等间距分布，转筒3的底端面开设有若干进料孔9。由电机7驱动主动齿轮6转动，主动齿轮6通过从动齿5依次带动连接套管2和转筒3转动；进料管4由连接套管2的自由端插入后伸入转筒3内、且与转筒3连通。
工作原理为：配制好的入炉料由进料管4加入，入炉料由进料管进入转筒3内，同时启动电机7，电机7带动主动齿轮6转动，通过主动齿轮6与从动齿5的啮合传动作用带动连接套管2转动，连接套管2带动转筒3转动；在转筒的离心力作用下，将入炉料由转筒侧壁上的进料槽8被甩出洒落至炉体1内底部进行熔炼，同时，还有部分入炉料经转筒3底端面上的进料孔9进入炉体1底部；由于转筒3外部整体呈倒圆台结构，且开设沿轴向延伸的进料槽及底端面设置进料孔9，防止入炉料在离心力下堆积在炉体1内的环侧壁处，实现入炉料在炉体1底部均匀分散。因此，加料时实现一层一层添加的方式，即在铁水顶部加入一层入炉料，待该层熔化后再添加下一层进行熔炼。
实施例5
在实施例4的基础上进一步改进，还包括安装套管10，安装套管10套设在进料通孔、且通过法兰11可拆卸固定在炉体1的进料通孔处。安装套管10的内壁设有轴承12，连接套管2外壁通过所述轴承12转动设置在安装套管10内。进料槽8的槽口短径在沿转筒3的轴向方向由上至下逐渐减小。每次加料过程中，由于转筒3内的入炉料逐渐减少，因此将进料槽8的槽口口径大小设置为由上至下逐渐减小模式，实现入炉料在炉体1内底部沿径向的均匀分布。此外，还可将进料管4通过转动接头13转动连接设置在连接套管2上，在进料管4的加料端通过软管14连接加料斗15，方便加料。
以上所述的具体实施方式，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为发明的具体实施方式而已，并不用于限定发明的保护范围，凡在发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将有机硅渣进行筛选，获得选矿料；
步骤2，在选矿料中加入碳酸钙粉和生石灰粉，获得入炉料；
步骤3，将入炉料转运至熔炼炉，并加入还原剂焦炭和无烟煤进行熔炼；
步骤4，将熔炼后的混合物提渣并倒渣后获得铁水；
步骤5，熔炼完成后依次进行浇注、冷却；冷却完毕后按规格出模并精整，最后获得工业粗硅。
2.根据权利要求1所述的一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，采用分次投料方式：所述入炉料从熔炼炉顶部进行分层添加，待一层熔化后再添加下一层进行熔炼。
3.根据权利要求1所述的一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，通过破碎、筛分、手选、机选或磁选任一种或多种组合方式获得选矿料，所述选矿料的粒度不超过5mm，且硅含量不低于70％。
4.根据权利要求1所述的一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述碳酸钙粉加入量为3～5kg/1000kg选矿料，所述生石灰粉加入量为7～10kg/1000kg选矿料。
5.根据权利要求1所述的一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，还原剂焦炭粒径为0.5～2mm，所述无烟煤粒径为0.1～1mm。
6.根据权利要求1所述的一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，还加入硅石粉，所述硅石粉加入量为30～40kg/1000kg选矿料。
7.根据权利要求1所述的一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，其特征在于，所述步骤4中通过加入生石灰粉调节铁水粘度并提渣。
8.实施权利要求1-7任一项所述的利用有机硅渣提炼工业粗硅制备方法的设备，其特征在于，包括炉体(1)和进料装置，所述炉体(1)的顶部开设有进料通孔；所述进料装置包括连接套管(2)、转筒(3)和进料管(4)，所述连接套管(2)轴向一端贯穿所述进料通孔伸入炉体(1)内上部，连接套管(2)外壁与炉体(1)的进料通孔处转动连接；连接套管(2)位于炉体(1)外管段侧壁上沿周向环设有从动齿(5)，还包括与所述从动齿(5)啮合适配的主动齿轮(6)；所述连接套管伸入炉体(1)内的端部同轴设置转筒(3)，所述转筒(3)呈倒圆台状结构，转筒(3)的侧壁上设有若干进料槽(8)，所述每个进料槽(8)的长轴方向与转筒(3)的长轴方向平行，若干进料槽(8)沿转筒(3)的侧壁周向等间距分布；转筒(3)的底端面开设有若干进料孔(9)；由电机(7)驱动主动齿轮(6)转动，主动齿轮(6)通过从动齿(5)依次带动连接套管(2)和转筒(3)转动；所述进料管(4)由连接套管(2)的自由端插入后伸入转筒(3)内、且与转筒(3)连通。
9.根据权利要求1所述的一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，其特征在于，还包括安装套管(10)，所述安装套管(10)套设在所述进料通孔、且通过法兰(11)可拆卸固定在炉体(1)的进料通孔处；所述安装套管(10)的内壁设有轴承(12)，连接套管(2)外壁通过所述轴承(12)转动设置在安装套管(10)内。
10.根据权利要求1所述的一种利用有机硅渣提炼工业粗硅的制备方法，其特征在于，所述进料槽(8)的槽口短径在沿转筒(3)的轴向方向由上至下逐渐减小。
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