CN112267035A - 一种利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，包括（1）将晶体硅金刚线切割废料浆固液分离，对固体物料干燥得到晶体硅金刚线切割废料；（2）将含锰物料粉，晶体硅金刚线切割废料粉体，添加剂，粘结剂，送至混料机中混合，压块或造球，获得炉料；（3）将炉料放入熔炼炉内，熔炼获得锰硅合金熔体；（4）将合金熔体出炉浇铸到钢锭模或砂模中，获得锰硅合金铸锭；该方法简单易行，废料浆中的金属硅微粉、碳和铁有较好的冶金还原性，还原氧化锰得到金属锰，并与废料浆中的金属硅形成锰硅合金，用电热冶金，将固体物料与含锰物料相混合、熔炼，生成低磷、低碳、高硅的锰硅合金，降低生产硅锰合金的能耗及成本，有较好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用晶体硅金刚线切割废料浆制备锰硅合金的方法，属于二次资源利用的技术领域。
背景技术
为应对化石能源日趋枯竭和环境污染日益严重两大问题，光伏发电在国内外受到重视而发展迅速。晶体硅片是制备太阳能电池片最重要的基础材料，在生产晶体硅片的过程中需将太阳能级多晶硅锭或单晶硅棒利用多线切割的方式进行加工，由于切割线的直径与硅片的厚度相差无几，导致在硅片切割过程中，40%以上的高纯硅以粉末形式进入到切割废料浆中。随着光伏发电的迅速发展，由此产生的晶体硅金刚线切割废料浆也逐年增长。如果能对这些切割废料浆进行回收，不仅可以减小对环境的污染，还可以创造经济效益，同时也间接降低了太阳能电池的生产成本，有利于光伏行业的发展。
锰硅合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的合金，是一种用途较广、产量较大的铁合金。锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂，也是生产中低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。锰硅合金的冶炼方法大多以锰矿石、富锰渣、硅石为原料，以焦炭为还原剂，在矿热炉内冶炼获得锰硅合金。在这一过程中，对硅石的要求高（要求硅石中的SiO2含量大于97%，甚至大于99%），操作难度高，该方法与利用晶体硅金钢线切割废料制备锰硅合金相比，能耗较高；目前，尚未有利用晶体硅金刚线切割废料浆制备锰硅合金的技术应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，该方法简单易行，晶体硅金刚线切割废料浆中的金属硅微粉、少量残余碳和铁有较好的冶金还原特性，可还原氧化锰得到金属锰，并与金刚线切割废料浆中的金属硅形成锰硅合金，利用电热冶金原理，将金刚线切割废料浆中的固体物料与含锰物料相混合、熔炼，生成出低磷、低碳、高硅的锰硅合金，降低生产硅锰合金的能耗及生产成本，有较好的经济效益。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，具体包括以下步骤：
（1）将晶体硅金刚线切割废料浆进行固液分离，对其中的固体物料进行干燥，去除水分，得到晶体硅金刚线切割废料；
（2）按质量百分比计算，选取含锰物料粉：35-80%， 晶体硅金刚线切割废料粉体：15-50%，添加剂：0.5-6%，粘结剂：0.2-4%，以上各组分之和为100%，送至混料机中混合均匀，压块或造球，获得块状或球状炉料；
（3）将步骤（2）所得炉料放入熔炼炉内，升高到反应温度进行熔炼，获得锰硅合金熔体；
（4）将合金熔体出炉浇铸到钢锭模或砂模中，获得锰硅合金铸锭。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，前述利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法中，步骤（1）中所述晶体硅金刚线切割废料浆为用金刚线切割太阳能级多晶硅或单晶硅产生的废料浆，该废料浆包括以下组分：液体物料：5~20wt%，固体物料：80~95wt%，以上各组分之和为100%，其中：
固体物料中Si含量为80~92wt%，SiO2为1~12wt%，Fe为0~3wt%，游离碳为0.1~1wt%，其它杂质为0.1~1wt%，以上各组分之和为100%。
前述利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法中，所述步骤（1）中废料浆在进行固液分离时采用重力沉降或压滤的方式，其中重力沉降时间为1~5h，板框压滤的压力为0.3~1.5MPa。
前述利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法中，步骤（1）中对固体物料的干燥采用自然干燥或低温烘干，其中自然干燥时间为1~10天，低温烘干温度为60~120oC，时间为0.5~3h。
前述利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法中，步骤（2）中所述的含锰物料粉包括锰矿、富锰渣中的一种或者两者混合粉料。
前述利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法中，含锰物料粉中按质量比计锰含量不小于35%，锰铁比不小于4.5。
前述利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法中，步骤（2）中所述添加剂为白云石、石灰、荧石、焦炭中的一种或两种组合；所述粘结剂为水玻璃、膨润土、纤维素中的一种或两种组合。
前述利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法中，步骤（3）中，熔炼炉为电炉或感应炉的一种，熔炼温度在1300-1650℃，熔炼时间为0.5-3小时。
前述利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法中，步骤（4）中，出炉浇铸前，根据渣量情况对熔融合金进行扒渣处理。
本发明的有益效果是：
本发明提供的利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，利用固体废弃物中的硅、铁及碳的良好还原特性，从含锰物料中获得金属锰，继而与硅切割废料中的硅熔合形成锰硅合金，使硅切割废料中的元素得以回收利用，本方法合理利用晶体硅切割废料，获得低磷、低碳的高品质锰硅合金，与传统工艺相比，其优点在于工艺简单、能耗低、产品杂质含量低。
相较于现有技术中利用晶体硅的金刚线切割废料制备硅铁，晶体硅切割废料与铁粉混合压块后进行熔化，使得晶体硅切割废料中的硅与铁粉熔融形成硅铁，但是其所用铁粉价格偏高，本发明利用了切割废料中的硅、铁、碳中的强还原性，直接从锰矿石（含锰物料）中获得硅锰合金，经济效益较好。
相较于现有技术中利用晶体硅的金刚线切割废料制备硅铬合金，其方法是将铬精矿、晶体硅的金刚线切割废料、粘结剂及水混合造球，经过脱水、脱有机物及烧结后进行高温熔炼，得到硅铬合金；而本发明中将晶体硅的金刚线切割废料与含锰物料混合造球后可直接感应熔炼，工艺简单，成本低廉，降低劳动强度，减少复杂工序时对精度、质量的影响。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的利用晶体硅金刚线切割废料浆制备锰硅合金的方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明实施例中的晶体硅金刚线切割废料浆制备锰硅合金的方法的工艺流程图如图1所示。下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供的一种利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，具体包括如下步骤：
（1）将晶体硅金刚线切割废料浆利用重力沉降方式进行固液分离，沉降时间为5h，得到95wt%固体物料，5wt%液体物料；将固体物料在120oC的干燥箱内烘干3h，得到晶体硅金钢线切割废料；
晶体硅金刚线切割废料成分按质量百分比含量为：硅86.8wt%, 二氧化硅为10wt%，Fe为2wt%，游离碳为1wt%，其他杂质0.2wt%；
（2）按质量百分比计算，选取含锰物料粉：80%， 晶体硅金刚线切割废料粉体：16%，添加剂焦炭：3.5%，粘结剂纤维素：0.5%，送至混料机中混合均匀，利用圆盘造球机造球，获得球状炉料；其中，含锰物料中含锰36wt%，锰铁比为6。
（3）将步骤（2）所得球状炉料放入熔炼炉内，逐渐升高反应温度到1600℃， 保温2h，获得锰硅合金熔体；
（4）将合金熔体表面的渣剂扒出（渣量多、粘度大的话排渣困难，这时需要扒渣；渣量少的话可以不用扒渣），浇铸到钢锭模中，获得锰硅合金铸锭，合金中含锰64wt%，Si为28wt%，Fe为8wt%。
实施例2
本实施例提供的一种利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，具体包括如下步骤：
（1）将晶体硅金刚线切割废料浆利用板框压滤机进行固液分离，板框压滤压力为1MPa，得到86wt%固体物料，14wt%液体物料；将固体物料在100oC的干燥箱内烘干3h，得到晶体硅金钢线切割废料；
晶体硅金刚线切割废料成分按质量百分比含量为：硅88.7wt%，二氧化硅为8wt%，Fe为1.8wt%，游离碳0.4wt%, 其它杂质为0.5wt%；
（2）按质量百分比计算，选取含锰物料粉：75%，晶体硅金刚线切割废料粉体：20%，添加剂焦炭：0.2%，水玻璃：0.2%，白云石：0.8%，送至混料机中混合均匀，利用圆盘造球机造球，获得球状炉料；其中，含锰物料中含锰35wt%，锰铁比为4.5；
（3）将步骤（2）所得球状炉料放入熔炼炉内，逐渐升高反应温度到1550℃， 保温2.5h，获得锰硅合金熔体；
（4）将合金熔体表面的渣剂扒出，浇铸到钢锭模中，获得锰硅合金铸锭，合金中含锰63wt% ，Si为30wt%，Fe为7wt%。
实施例3
本实施例提供的一种利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，具体包括如下步骤：
（1）将晶体硅金刚线切割废料浆利用板框压滤机进行固液分离，板框压滤压力为1.5MPa，得到80wt%固体物料，20wt%液体物料；将固体物料在80oC的干燥箱内烘干3h，得到晶体硅金钢线切割废料；
晶体硅金刚线切割废料成分按质量百分比含量为：硅89.5wt%, 二氧化硅为7.7wt%，Fe为2.0wt%，游离碳为0.3wt%，其它杂质为0.5wt%；
（2）按质量百分比计算，选取含锰物料粉：75%，晶体硅金刚线切割废料粉体：20%，添加剂焦炭：4.0%，膨润土：0.2%，白云石：0.8%，送至混料机中混合均匀，利用圆盘造球机造球，获得球状炉料；其中，含锰物料中含锰36wt%，锰铁比为6；
（3）将步骤（2）所得球状炉料放入熔炼炉内，逐渐升高反应温度到1600℃，保温3h，获得锰硅合金熔体；
（4）将合金熔体表面的渣剂扒出，浇铸到钢锭模中，获得锰硅合金铸锭，合金中含锰61wt%，Si为32wt%，Fe为7wt%。
本发明不仅实现了晶体硅切割废料的高效回收利用，减少了环境污染，变废为宝；还提供了一种利用晶体硅切割废料一步法生产锰硅合金的方法，安全可靠，合理高效地利用了金刚线切割废料含有金属硅作为还原剂，具有流程短、能耗低、效率高、简单易行的优点。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将晶体硅金刚线切割废料浆进行固液分离，对其中的固体物料进行干燥，去除水分，得到晶体硅金刚线切割废料；
（2）按质量百分比计算，选取含锰物料粉：35-80%，晶体硅金刚线切割废料粉体：15-50%，添加剂：0.5-6%，粘结剂：0.2-4%，以上各组分之和为100%，送至混料机中混合均匀，压块或造球，获得块状或球状炉料；
（3）将步骤（2）所得炉料放入熔炼炉内，升高到反应温度进行熔炼，获得锰硅合金熔体；
（4）将合金熔体出炉浇铸到钢锭模或砂模中，获得锰硅合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，其特征在于：步骤（1）中所述晶体硅金刚线切割废料浆为用金刚线切割太阳能级多晶硅或单晶硅产生的废料浆，该废料浆包括以下组分：液体物料：5~20 wt%，固体物料：80~95 wt %，以上各组分之和为100%，其中：
固体物料中Si含量为80~92wt%，SiO2为1~12wt%，Fe为0~3wt%，游离碳为0.1~1wt%，其它杂质为0.1~1wt%，以上各组分之和为100%。
3.根据权利要求1所述的利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，其特征在于：所述步骤（1）中废料浆在进行固液分离时采用重力沉降或压滤的方式，其中重力沉降时间为1~5h，板框压滤的压力为0.3~1.5MPa。
4.根据权利要求1所述的利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，其特征在于：所述的步骤（1）中对固体物料的干燥采用自然干燥或低温烘干，其中自然干燥时间为1~10天，低温烘干温度为60~120oC，时间为0.5~3h。
5.根据权利要求1所述的利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的含锰物料粉包括锰矿、富锰渣中的一种或者两者混合粉料。
6.根据权利要求5所述的利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，其特征在于：所述含锰物料粉中按质量比计锰含量不小于35%，锰铁比不小于4.5。
7.根据权利要求1所述的利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，其特征在于：步骤（2）中所述添加剂为白云石、石灰、荧石、焦炭中的一种或两种组合；所述粘结剂为水玻璃、膨润土、纤维素中的一种或两种组合。
8.根据权利要求1所述的利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，熔炼炉为电炉或感应炉的一种，熔炼温度在1300-1650℃，熔炼时间为0.5-3小时。
9.根据权利要求1所述的利用晶体硅金刚线切割废料制备锰硅合金的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，出炉浇铸前，根据渣量情况对熔融合金进行扒渣处理。
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