CN115676835A - 一种硅泥熔炼用造渣剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅泥熔炼用造渣剂及其制备方法，采用包括按照质量百分数计的如下原料：氧化钙20‑30份、碳酸钙40‑50份、硫酸钡10份、碳酸镁10‑20份，各组分总和为100%。其制备方法为：按照重量比例将原料配好，然后将料放入混料搅拌机中混料加热，烘干后破碎、筛分、装袋即得到造渣剂。该造渣剂解决了传统精炼造渣剂不适用硅泥熔炼的问题，硅泥熔炼后浮渣与硅液分离效果好，硅泥收率高，且熔炼渣不粘炉壁，利用回收硅资源，避免造成资源浪费和环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及硅泥熔炼技术领域，特别涉及一种硅泥熔炼用造渣剂及其制备方法。
背景技术
硅泥是太阳能光伏板生产过程切割硅片产生的工艺废料。随着光伏(PV)行业的快速发展，太阳能级硅因其作为主要光电转换材料，其需求量也急剧增加。晶体硅片是太阳能电池的核心材料，占光伏能源材料的90%以上量，但是在硅片切割过程中会产生大量的硅粉切屑，占到硅锭的35%~40%。仅以2019年多晶硅年产量34.2万吨计算，产生的废硅粉就有13.7万吨，切割废料产量巨大。大量硅泥不当的处置，不仅占用土地，而且造成资源浪费和环境污染。随着全球废弃物综合利用政策的大力推进和环境保护的迫切需要，有价废物资源的再利用逐渐受到越来越多的关注。
现有技术中对于硅泥的回收处理，多采用中频电炉进行熔炼，通过直接将采买的金刚线切割硅泥进行烘干，硅泥水分降低至5％左右后，直接投入到中频电炉里进行熔炼生产，在硅泥大量融化成硅液后，将产生的固体渣倒出炉外，而后继续升温重复添加烘干后的硅泥至炉满，而后将硅液及渣液全部倒入磨具中制备成金属硅，以回收硅资源。
由于硅泥中含有大量的二氧化硅，在熔炼过程中不仅增加了硅泥熔炼温度，同时二氧化硅在熔化后呈黏胶状糊于炉壁，较难清理，2-3炉次就能将炉体全部糊满。传统的造渣剂精炼方式是碱土金属的氧化物，主要的熔炼目的是置换出硅熔体中的Fe、Ca、Al等金属离子，达到提纯的目的，使用在硅泥熔炼中并不适用。
发明内容
为了解决现有硅泥熔炼问题，本发明提供了一种硅泥熔炼用造渣剂及其制备方法，本发明的第一目的在于提供一种硅泥熔炼用造渣剂；第二目的在于提供所述的硅泥熔炼用造渣剂的制备方法；第三目的在于提供所述的硅泥熔炼用造渣剂的应用。
本发明采用的技术方案为：
一种硅泥熔炼用造渣剂采用包括按照质量百分数计的如下原料：
氧化钙20-30%、碳酸钙40-50%、硫酸钡10%、碳酸镁10-20%，各组分总和为100%。
一种上述硅泥熔炼用造渣剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将市购氧化钙、碳酸钙、硫酸钡、碳酸镁按下列质量百分比备料： 氧化钙20-30%、碳酸钙40-50%、硫酸钡10%、碳酸镁10-20%，各组分总和为100%；
步骤二，将步骤一中各组分一起进行搅拌，混合均匀后于100-350℃下恒温烘干1-3小时，控制水分含量＜0.5%，得到混合料；
步骤三，将混合料进行破碎、筛分、降温后包装，即得。
进一步，步骤二中，恒温烘干温度为180℃，烘干时间为2小时。
进一步，步骤三中，破碎、筛分粒度控制在20目-80目。
进一步，步骤三中，包装过程为真空袋密封包装。
进一步，该硅泥熔炼用造渣剂的添加重量为硅泥重量的3%至5%。
一种硅泥熔炼方法，该硅泥熔炼方法采用上述的硅泥熔炼用造渣剂作为造渣剂进行硅泥熔炼。
进一步，硅泥熔炼用造渣剂的添加重量为硅泥重量的3%至5%；添加方式为：在硅泥熔化满炉后添加、或撒在硅泥表面与硅泥一并铲入炉中进行熔炼、或与硅泥混合搅拌均匀后一并铲入炉中进行熔炼。
本发明的有益效果是：
1.该熔炼用造渣剂有效避免资源浪费和环境污染，利于硅泥回收利用，降低处理成本及危废库存。
2.该熔炼用造渣剂解决了传统精炼造渣剂不适用硅泥熔炼的问题，硅泥熔炼后浮渣与硅液分离效果好，硅泥收率高，且熔炼渣不粘炉壁，利用回收硅资源。
具体实施方式
下面对本发明实施例中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付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。
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更佳清楚，下面对本发明优选的案例进行详细的说明：
实施案例1
A、将市购氧化钙、碳酸钙、硫酸钡、碳酸镁按下列质量百分比备料：氧化钙25份、碳酸钙45份、硫酸钡10份、碳酸镁20份，上述各组分总和为100%；
B、步骤A的各组分进行搅拌混合,将混合料置于100-350℃下恒温烘干1-3小时，控制水分含量＜0.5%；
C、将步骤B中的原料进行破碎、筛分，粒度控制在20目-80目；
D、待步骤C的操作完成，且温度降低至50-60℃真空密封装袋，每袋重2-5kg。
待炉内的硅泥熔化满炉后，将制备好的熔炼用造渣剂按硅泥重量的3%比例撒入炉中；由于泥中含有较高的金属硅和二氧化硅，金属硅的熔点为1410℃，二氧化硅熔点为1600-1700℃；在中频炉熔炼过程中，含有二氧化硅的硅液粘度较大，导热性差，且筑炉料多采用二氧化硅材质，由于局部温度高，液态硅中部分熔融二氧化硅呈黏胶状极易粘附于炉壁，发明的造渣剂与硅泥中二氧化硅反应生成高熔点、低密度的硅酸盐及亚硅酸盐，并与金属硅分离，从而提高浮渣与硅液分离。
反应化学方程式如下：
SiO2+CaO==CaSiO3
SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2↑
SiO2+BaSO4==BaSiO3+SO3↑
SiO2+MgCO3==MgSiO3+CO2↑
经实际测试，浮渣与硅液分离效果好，采用本造渣剂及使用方法，硅泥收率为58%。
实施案例2
A、将市购氧化钙、碳酸钙、硫酸钡、碳酸镁按下列质量百分比备料:氧化钙30份、碳酸钙40份、硫酸钡10份、碳酸镁20份，上述各组分总和为100%；
B、步骤A的各组分进行搅拌混合，将混合料置于100-350℃下恒温烘干1-3小时，控制水分含量＜0.5%；
C、将步骤B中的原料进行破碎、筛分，粒度控制在20目-80目；
D、待步骤C的操作完成，且温度降低至50-60℃真空密封装袋，袋重2-5kg。
将制备好的熔炼用造渣剂按硅泥重量的5%比例撒在硅泥表面，一并铲入炉中进行熔炼；经实际测试，硅泥收率为62%。
在熔炼过程中，中频炉较深为1200-1600mm，而有效熔炼线圈主要集中在中下部200-800mm，且硅泥中的金属硅在固态时不导磁，无法加热，只有通过坩埚热辐射传递热量，在该过程中非常容易氧化。
将制备好的熔炼用造渣剂与物料混合一并加入，在金属硅融化过程中二氧化硅首先与接触到的造渣剂反应脱离硅液，熔化的硅液导磁后在磁场作用下翻滚搅拌继续熔化硅泥，如此反复，加快了硅泥熔化速度，且减少了氧化，最终提高硅泥收率。
实施案例3
A、将市购氧化钙、碳酸钙、硫酸钡、碳酸镁按下列质量百分比备料:氧化钙25份、碳酸钙45份、硫酸钡10份、碳酸镁20份，上述各组分总和为100%；
B、步骤A的各组分进行搅拌混合，将混合料置于100-350℃下恒温烘干1-3小时，控制水分含量＜0.5%；
C、将步骤B中的原料进行破碎、筛分，粒度控制在20目-80目
D、待步骤C的操作完成，且温度降低至50-60℃真空密封装袋，袋重2-5kg。
将制备好的熔炼用造渣剂按硅泥重量的5%比例混入硅泥中搅拌均匀，一并铲入炉中进行熔炼；经实际测试，硅泥收率为68%。
在熔炼过程中，中频炉较深为1200-1600mm，而有效熔炼线圈主要集中在中下部200-800mm，且硅泥中的金属硅在固态时不导磁，无法加热，只有通过坩埚热辐射传递热量，在该过程中非常容易氧化。
将制备好的熔炼用造渣剂与物料搅拌要比撒在硅泥表面造渣剂混合更充分，均匀搅拌造渣剂、硅泥，在金属硅融化过程中二氧化硅与造渣剂接触时间更短，氧化更少，因此硅泥收率更高。
实施例4
A、将市购氧化钙、碳酸钙、硫酸钡、碳酸镁按下列质量百分比备料：氧化钙50份、二氧化硅40份，氧化铝10份，氧化铝份上述各组分总和为100%；
B、步骤A的各组分进行搅拌混合，得到传统造渣剂。
将传统造渣剂按5%比混入硅泥中搅拌均匀，一并铲入炉中进行熔炼；经实际测试，硅泥收率为40%。
由实施例1、实施例2、实施例3与实施例4对比，经过分析硅泥中含有主要杂质为二氧化硅，且在熔炼过程中极易氧化，只有将二氧化硅脱出，并缩短熔炼时间才能达到高效高质量的目的。本实施例中采用氧化钙、碳酸钙、硫酸钡、碳酸镁制备熔炼用造渣剂在硅泥收率要比传统造渣剂高出18%至28%。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种硅泥熔炼用造渣剂，其特征在于，采用包括按照质量百分数计的如下原料：
氧化钙20-30%、碳酸钙40-50%、硫酸钡10%、碳酸镁10-20%，各组分总和为100%。
2.权利要求1所述的硅泥熔炼用造渣剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将市购氧化钙、碳酸钙、硫酸钡、碳酸镁按下列质量百分比备料： 氧化钙20-30%、碳酸钙40-50%、硫酸钡10%、碳酸镁10-20%，各组分总和为100%；
步骤二，将步骤一中各组分一起进行搅拌，混合均匀后于100-350℃下恒温烘干1-3小时，控制水分含量＜0.5%，得到混合料；
步骤三，将混合料进行破碎、筛分、降温后包装，即得。
3.根据权利要求2所述的硅泥熔炼用造渣剂的制备方法，其特征在于：步骤二中，恒温烘干温度为180℃，烘干时间为2小时。
4.根据权利要求2所述的硅泥熔炼用造渣剂的制备方法，其特征在于：步骤三中，破碎、筛分粒度控制在20目-80目。
5.根据权利要求2所述的硅泥熔炼用造渣剂的制备方法，其特征在于：步骤三中，包装过程为真空袋密封包装。
6.根据权利要求1所述的硅泥熔炼用造渣剂，其特征在于：该硅泥熔炼用造渣剂的添加重量为硅泥重量的3%至5%。
7.一种硅泥熔炼方法，其特征在于：该硅泥熔炼方法采用权利要求1所述的硅泥熔炼用造渣剂作为造渣剂进行硅泥熔炼。
8.根据权利要求7所述的硅泥熔炼方法，其特征在于：硅泥熔炼用造渣剂的添加重量为硅泥重量的3%至5%；
添加方式为：在硅泥熔化满炉后添加、或撒在硅泥表面与硅泥一并铲入炉中进行熔炼、或与硅泥混合搅拌均匀后一并铲入炉中进行熔炼。
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