一種工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑及其制備方法，屬于工業(yè)硅冶煉和新能源【技術(shù)領(lǐng)域】。該復(fù)合碳質(zhì)還原劑為球團狀，固定碳含量達到75wt.%以上，揮發(fā)份含量15wt.%～20wt.%，灰份含量4wt.%以下，灰份中微量元素Fe、Al、Ca分別控制在0.15wt.%、0.5wt.%、0.6wt.%以下。將石油焦和低灰煤磨細并混合均勻后加入粘結(jié)劑和水，然后在5～10MPa的壓力條件下壓制成球團，球團烘干后即能制備得到該復(fù)合碳質(zhì)還原劑。該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的固定碳含量高，反應(yīng)活性好；制備該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的方法工藝簡單、易于產(chǎn)業(yè)化。
【專利說明】一種工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑及其制備方法，屬于工業(yè)硅冶煉和新能源【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，工業(yè)硅碳質(zhì)還原劑主要由煤、油焦、半焦、藍炭、木炭、木塊(甘蔗渣、花生殼等)等兩種或多種原料按一定比例混合而成。其中木炭因具有比電阻高、反應(yīng)活好、高溫下不易石墨化等優(yōu)良的物理化學(xué)特性而在我國長期用作工業(yè)硅用的最佳還原劑。然而，木炭的來源主要是以犧牲森林為代價，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國自上世紀50年代末建成第一座工業(yè)硅電爐以來，經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，我國的工業(yè)硅產(chǎn)能將近400萬噸，成為世界工業(yè)硅的主要生產(chǎn)和出口大國。按生產(chǎn)I噸工業(yè)硅需要消耗1.2噸木炭來計算，每生產(chǎn)I噸木炭需要消耗5噸左右的木材，照這樣計算，每年消耗在工業(yè)硅上的木材將近I千多萬噸，這給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的破壞。隨著人們對環(huán)境保護意識的不斷提高，木炭的來源受到了極大的限制，導(dǎo)致購買木炭成本非常高甚至買不到木炭。因此，研究開發(fā)一種能夠完全替代木炭用作工業(yè)硅冶煉的還原劑是硅工業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。
[0003]本發(fā)明以石油焦和低灰煤為原料。石油焦固定碳含量高，反應(yīng)活性好，灰份及有害雜質(zhì)含量少，但高溫下比電阻低；而低灰煤固定碳、灰份及有害雜質(zhì)含量低，揮發(fā)份含量高，高溫下比電阻較高。綜合兩種原料的特點，通過使用特殊的壓制成型技術(shù)，制備和合成出一種成本低廉、工藝簡單的工業(yè)硅用新型復(fù)合碳質(zhì)還原劑，以完全替代木炭用于工業(yè)硅的冶煉與生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑及其制備方法。該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑焦固定碳含量高，反應(yīng)活性好，灰份及有害雜質(zhì)含量少，高溫下比電阻較高，成本低廉，且能生產(chǎn)出高質(zhì)量的工業(yè)硅，因此能完全替代木炭用于工業(yè)硅的冶煉與生產(chǎn)，制備該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的方法工藝簡單、易于產(chǎn)業(yè)化，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案。
[0005]—種工業(yè)娃用復(fù)合碳質(zhì)還原劑，該復(fù)合碳質(zhì)還原劑為球團狀，固定碳含量達到75wt.%以上，揮發(fā)份含量15wt.%~20wt.%，灰份含量4wt.%以下，灰份中微量元素Fe、Al、Ca 分別控制在 0.15wt.%、0.5wt.%、0.6wt.% 以下。
[0006]上述工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑冷強度達到9~13MPa，比電阻為3000~5000 Ω 工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑在生產(chǎn)硅的過程中燒損率僅為12~18%。
[0007]—種上述的工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的制備方法，其具體步驟為:
(O首先將石油焦和低灰煤分別破碎至粒度小于3mm的顆粒占70~80%，然后按照質(zhì)量百分比50~60:40~50混合均勻得到混合物料；
(2)向步驟(1)制備得到的混合物料中加入混合物料質(zhì)量2wt.%~4wt.%的M-C#復(fù)合粘結(jié)劑，混合均勻后再加入混合物料質(zhì)量8wt.%~12 wt.%的水?dāng)嚢?~IOmin,其中該粘結(jié)劑由FH-10型纖維素與水玻璃按質(zhì)量比7:3配制而成；
(3)待步驟(2)中的物料出現(xiàn)明顯粘結(jié)成塊后，在5~IOMPa的壓力條件下視工業(yè)硅電爐大小制備出相應(yīng)需求直徑的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑；
(4)將步驟(3)得到的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑在風(fēng)溫為100~140°C條件下烘干30~50min,最終制備得到工業(yè)娃用復(fù)合碳質(zhì)還原劑。
[0008]所述石油焦、低灰煤中固定碳含量分別為85~90wt.%、55~65wt.%。
[0009]所述工業(yè)硅電爐為12500KVA時，復(fù)合碳質(zhì)還原劑的直徑為60~80mm。
[0010]上述制備得到的工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑粘結(jié)指數(shù)在70%以上。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:(I)該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑焦固定碳含量高，反應(yīng)活性好，灰份及有害雜質(zhì)含量少，高溫下比電阻較高，成本低廉，且能生產(chǎn)出高質(zhì)量的工業(yè)硅，因此能完全替代木炭用于工業(yè)硅的冶煉與生產(chǎn)；(2)該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑冷強度達到9~13MPa，比電阻為3000~5000 Ω 工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑在生產(chǎn)硅的過程中燒損率僅為12~18%，因此能完全適用于工業(yè)硅用；(3)制備該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的方法工藝簡單、易于產(chǎn)業(yè)化。 【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。
[0013]實施例1
該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑，該復(fù)合碳質(zhì)還原劑為球團狀，固定碳含量達到77.2wt.%，揮發(fā)份含量19.4wt.%,灰份含量3.4wt.%,灰份中微量兀素Fe、Al、Ca分別為0.146wt.%、0.236wt.%、0.323wt.% 以下。
[0014]該上述的工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的制備方法，其具體步驟為:
(O首先將石油焦和低灰煤分別破碎至粒度小于3mm的顆粒占70%，然后按照質(zhì)量百分比60:40混合均勻得到混合物料，其中石油焦、低灰煤中固定碳含量分別為90 wt.%和65wt.% ；
(2)向步驟(1)制備得到的混合物料中加入混合物料質(zhì)量4wt.%的M-C#復(fù)合粘結(jié)劑，混合均勻后再加入混合物料質(zhì)量8wt.%的水?dāng)嚢鑜Omin，其中該粘結(jié)劑由FH-1O型纖維素與水玻璃按質(zhì)量比7:3配制而成；
(3)待步驟(2)中的物料出現(xiàn)明顯粘結(jié)成塊后，在IOMPa的壓力條件下視工業(yè)硅電爐大小制備出相應(yīng)需求直徑的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑，，其中工業(yè)硅電爐為12500KVA時，復(fù)合碳質(zhì)還原劑的直徑為80mm ；
(4)將步驟(3)得到的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑在風(fēng)溫為120°C條件下烘干45min，最終制備得到工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑。
[0015]將200kg 硅石(99.5%Si02、0.05%A1203、0.02%Fe203、0.05%Ca0)破碎成粒度 25 ~IOOmm的塊狀，經(jīng)清洗、篩分后與103kg上述復(fù)合碳質(zhì)還原劑混合均勻，加入到礦熱爐中進行熔煉，熔煉后得到的工業(yè)硅產(chǎn)品成分為Si>99.6fft.%，F(xiàn)e ( 0.19fft.%，Al ( 0.09fft.%，Ca ( 0.05fft.%。
[0016]實施例2該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑，該復(fù)合碳質(zhì)還原劑為球團狀，固定碳含量達到78.5wt.%，揮發(fā)份含量18.2wt.%,灰份含量3.3wt.%,灰份中微量兀素Fe、Al、Ca分別控制在
0.142wt.%、0.367wt.%、0.432wt.%。
[0017]該上述的工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的制備方法，其具體步驟為:
(O首先將石油焦和低灰煤分別破碎至粒度小于3mm的顆粒占80%，然后按照質(zhì)量百分比60:40混合均勻得到混合物料，其中石油焦、低灰煤中固定碳含量分別為85wt.%、55wt.% ；
(2)向步驟(1)制備得到的混合物料中加入混合物料質(zhì)量2wt.%的M-C#復(fù)合粘結(jié)劑，混合均勻后再加入混合物料質(zhì)量12 wt.%的水?dāng)嚢?min，其中該粘結(jié)劑由FH-10型纖維素與水玻璃按質(zhì)量比7:3配制而成；
(3)待步驟(2)中的物料出現(xiàn)明顯粘結(jié)成塊后，在5MPa的壓力條件下視工業(yè)硅電爐大小制備出相應(yīng)需求直徑的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑，其中工業(yè)硅電爐為12500KVA時，復(fù)合碳質(zhì)還原劑的直徑為60mm ；
(4)將步驟(3)得到的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑在風(fēng)溫為100°C條件下烘干30min，最終制備得到工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑。
[0018]將200kg 硅石(99.5%Si02、0.05%A1203、0.02%Fe203、0.05%Ca0)破碎成粒度 25 ~IOOmm的塊狀，經(jīng)清洗、篩分后與 102kg復(fù)合碳質(zhì)還原劑混合均勻，加入到礦熱爐中進行熔煉，熔煉后得到的工業(yè)硅產(chǎn)品成分為Si>99.6fft.%，F(xiàn)e ( 0.19fft.%，Al ( 0.09fft.%，Ca ( 0.05fft.%。
[0019]實施例3
該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑，該復(fù)合碳質(zhì)還原劑為球團狀，固定碳含量達到79.1wt.%，揮發(fā)份含量17.3wt.%，灰份含量3.6wt.%，灰份中微量元素Fe、Al、Ca分別控制在
0.130wt.%、0.149wt.%、0.501wt.%。
[0020]該上述的工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的制備方法，其具體步驟為:
(O首先將石油焦和低灰煤分別破碎至粒度小于3mm的顆粒占70~80%，然后按照質(zhì)量百分比55:45混合均勻得到混合物料，其中石油焦、低灰煤中固定碳含量分別為87wt.%、60wt.% ；
(2)向步驟(1)制備得到的混合物料中加入混合物料質(zhì)量3wt.%的M-C#復(fù)合粘結(jié)劑，混合均勻后再加入混合物料質(zhì)量IOwt.%的水?dāng)嚢?min，其中該粘結(jié)劑由FH-10型纖維素與水玻璃按質(zhì)量比7:3配制而成；
(3)待步驟(2)中的物料出現(xiàn)明顯粘結(jié)成塊后，在8MPa的壓力條件下視工業(yè)硅電爐大小制備出相應(yīng)需求直徑的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑，其中工業(yè)硅電爐為12500KVA時，復(fù)合碳質(zhì)還原劑的直徑為80mm ；
(4)將步驟(3)得到的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑在風(fēng)溫為140°C條件下烘干35min，最終制備得到工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑。
[0021]將200kg 硅石(99.5%Si02、0.05%A1203、0.02%Fe203、0.05%Ca0)破碎成粒度 25 ~IOOmm的塊狀，經(jīng)清洗、篩分后與102kg復(fù)合碳質(zhì)還原劑混合均勻，加入到礦熱爐中進行熔煉，熔煉后得到的工業(yè)硅產(chǎn)品成分為Si>99.6fft.%，F(xiàn)e ( 0.19fft.%，Al ( 0.09fft.%，Ca ( 0.05fft.%。[0022]實施例4
該工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑，該復(fù)合碳質(zhì)還原劑為球團狀，固定碳含量達到81.2wt.%，揮發(fā)份含量15.4wt.%,灰份含量3.4wt.%,灰份中微量兀素Fe、Al、Ca分別控制在
0.148wt.%、0.42wt.%、0.53wt.% 以下。
[0023]該上述的工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的制備方法，其具體步驟為:
(O首先將石油焦和低灰煤分別破碎至粒度小于3mm的顆粒占70~80%，然后按照質(zhì)量百分比50:50混合均勻得到混合物料；
(2)向步驟(1)制備得到的混合物料中加入混合物料質(zhì)量4wt.%的M-C#復(fù)合粘結(jié)劑，混合均勻后再加入混合物料質(zhì)量8wt.%的水?dāng)嚢?min，其中該粘結(jié)劑由FH-10型纖維素與水玻璃按質(zhì)量比7:3配制而成；
(3)待步驟(2)中的物料出現(xiàn)明顯粘結(jié)成塊后，在5MPa的壓力條件下視工業(yè)硅電爐大小制備出相應(yīng)需求直徑的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑，其中工業(yè)硅電爐為12500KVA時，復(fù)合碳質(zhì)還原劑的直徑為70mm ；
(4)將步驟(3)得到的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑在風(fēng)溫為120°C條件下烘干50min，最終制備得到工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑。[0024]將200kg 硅石(99.5%Si02、0.05%A1203、0.02%Fe203、0.05%Ca0)破碎成粒度 25 ~IOOmm的塊狀,經(jīng)清洗、篩分后與IOOkg復(fù)合碳質(zhì)還原劑混合均勻，加入到礦熱爐中進行熔煉，熔煉后得到的工業(yè)硅產(chǎn)品成分為Si>99.6fft.%，F(xiàn)e ( 0.19fft.%，Al ( 0.09fft.%，Ca ( 0.05fft.%。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑，其特征在于:該復(fù)合碳質(zhì)還原劑為球團狀，固定碳含量達到75wt.%以上，揮發(fā)份含量15wt.%~20wt.%，灰份含量4wt.%以下，灰份中微量元素 Fe、Al、Ca 分別控制在 0.15wt.%、0.5wt.%、0.6wt.% 以下。
2.一種如權(quán)利要求1所述的工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的制備方法，其特征在于以下具體步驟: (O首先將石油焦和低灰煤分別破碎至粒度小于3mm的顆粒占70~80%，然后按照質(zhì)量百分比50~60:40~50混合均勻得到混合物料； (2)向步驟(1)制備得到的混合物料中加入混合物料質(zhì)量2wt.%~4wt.%的M-C#復(fù)合粘結(jié)劑，混合均勻后再加入混合物料質(zhì)量8wt.%~12 wt.%的水?dāng)嚢?~IOmin,其中該粘結(jié)劑由FH-10型纖維素與水玻璃按質(zhì)量比7:3配制而成； (3)待步驟(2)中的物料出現(xiàn)明顯粘結(jié)成塊后，在5~IOMPa的壓力條件下視工業(yè)硅電爐大小制備出相應(yīng)需求直徑的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑； (4)將步驟(3)得到的球團狀復(fù)合碳質(zhì)還原劑在風(fēng)溫為100~140°C條件下烘干30~50min,最終制備得到工業(yè)娃用復(fù)合碳質(zhì)還原劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的制備方法，其特征在于:所述石油焦、低灰煤中固定碳含量分別為85~90wt.%、55~65wt.%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)硅用復(fù)合碳質(zhì)還原劑的制備方法，其特征在于:所述工業(yè)硅電爐為12500KVA時，復(fù)合碳質(zhì)還原劑的直徑為60~80mm。
【文檔編號】C01B33/025GK104003395SQ201410176478
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】馬文會, 陳正杰, 伍繼君, 魏奎先, 呂國強, 周陽, 于潔, 劉戰(zhàn)偉, 謝克強, 楊興衛(wèi), 楊斌, 戴永年 申請人:昆明理工大學(xué)