一種利用廢棄物含碳球團(tuán)煉硅的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用廢棄物含碳球團(tuán)煉硅的方法，包括：將含硅原料、碳源、粘結(jié)劑和水混合，并壓制成含碳球團(tuán)，球團(tuán)干燥后按合理的使用比例和布料方式加入到電爐中進(jìn)行煉硅生產(chǎn)；所述含硅原料包括微硅粉和硅石粉中的一種或多種，所述微硅粉中二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于95％；所述碳源包括木炭粉、石油焦粉和石墨粉中的一種或多種。該工藝含硅原料與還原劑的間隙降低到微米級(jí)，反應(yīng)界面擴(kuò)大，反應(yīng)速度加快，其還原劑用量和反應(yīng)時(shí)間將會(huì)大幅降低，有利于生產(chǎn)周期的縮短，從而可以達(dá)到節(jié)能減排、降低成本和綜合高效利用資源的目的。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于含碳球團(tuán)應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用廢棄物含碳球團(tuán)冶煉金屬 硅的方法。 一種利用廢棄物含碳球團(tuán)煉硅的方法

【背景技術(shù)】
[0002] 在傳統(tǒng)煉硅工藝中，原料由硅石（Si02)和還原劑（木炭，石油焦等）組成，煉硅過(guò) 程是在半封閉式電爐內(nèi)連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)的，冶煉過(guò)程中電流通過(guò)電極及爐料電阻產(chǎn)生的熱量 和電極端的電弧熱將爐料加熱到2000°C以上，在這一溫度下二氧化硅經(jīng)過(guò)一系列的物理化 學(xué)反應(yīng)被碳還原生成了金屬硅液體，并伴有C0氣體和微硅粉逸出。
[0003] 然而在煉硅電爐正常操作上，尤其是大、中型電爐，要求爐料具有合適的塊度以確 保良好的透氣性。因此，入爐的硅石和木炭要有一定的粒度要求。一般情況下，硅石的粒度 控制在40-120mm，木炭粒度控制在20-200mm。這就要求在原料準(zhǔn)備階段要對(duì)娃石和還原劑 進(jìn)行破碎、篩分、以滿足入爐料的粒度要求。
[0004] 在破碎篩分過(guò)程中產(chǎn)生的不能入爐的碎硅石（粒度〈40_)和碎木炭（粒度 <20mm)等煉硅廢棄物數(shù)量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，碎硅石要占到總硅石量的35%以上，而碎木炭也 要占到木炭量的20%左右。這些煉硅廢棄物被閑置起來(lái)，造成了很大的資源浪費(fèi)，這種浪 費(fèi)使得單位產(chǎn)量的相對(duì)成本大大提高；而在冶煉過(guò)程中，也會(huì)有大量的固體廢棄物微硅粉 (ω (Si) >95%)產(chǎn)生，而這些微硅粉若不充分利用，也會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)和生產(chǎn)成本 上升。此外，在冶煉成本上考慮，木炭的價(jià)格相對(duì)較高，若能使用價(jià)格相對(duì)便宜的石油焦或 石墨代替部分木炭，也會(huì)使煉硅成本大幅下降。但石油焦和石墨的粒度相對(duì)較細(xì)，直接入爐 會(huì)影響電爐的透氣性。鑒于此，尋求一種將這些廢棄物和價(jià)格低廉的還原劑較好地應(yīng)用于 電爐煉硅的工藝是十分必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明根據(jù)含碳球團(tuán)用于煉鐵工藝的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合金屬硅冶煉的實(shí) 際情況，提出了一種利用廢棄物含碳球團(tuán)煉硅的新工藝，即按電爐生產(chǎn)需求將煉硅廢棄物 進(jìn)行預(yù)處理、配料、造球、烘干，再將其加入電爐煉硅。
[0006] 本發(fā)明提供的利用廢棄物含碳球團(tuán)煉硅的方法包括：
[0007] 將含硅原料、碳源、粘結(jié)劑和水混合，并壓制成球團(tuán)，球團(tuán)干燥后加入到電爐中進(jìn) 行煉硅生產(chǎn)；所述含硅原料包括微硅粉和硅石粉中的一種或多種，所述微硅粉中二氧化硅 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于95% ;所述碳源包括木炭粉、石油焦粉和石墨粉中的一種或多種。
[0008] 所述粘結(jié)劑為能將同種或兩種或兩種以上同質(zhì)或異質(zhì)的制件（或材料）連接在一 起，固化后具有足夠強(qiáng)度的有機(jī)或無(wú)機(jī)的、天然或合成的一類物質(zhì)。
[0009] 優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑包括可溶性硅酸鹽和有機(jī)燒失型粘結(jié)劑。
[0010] 更優(yōu)選的，所述有機(jī)燒失型粘結(jié)劑包括淀粉。在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種粘 結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括水玻璃、淀粉和羧甲基纖維素鈉。
[0011] 更優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑包括水玻璃70?90wt%、淀粉0?20wt%和羧甲基纖維素 鈉（CMC-Na)O ?10wt%。
[0012] 優(yōu)選的，當(dāng)采用碎硅石作為原料時(shí)，所述硅石粉為經(jīng)濕磨、干燥后的得到的小于 100目的粉末。當(dāng)采用硅石作為原料時(shí)，由于其粒度相對(duì)較大、硬度很高，需要采取濕磨的方 法進(jìn)行處理，經(jīng)干燥后取用。當(dāng)采用微硅粉作為原料時(shí)，由于微硅粉粒度很細(xì)，不需要進(jìn)行 處理，其可以直接進(jìn)行配料造球。
[0013] 優(yōu)選的，所述含硅原料、碳源和水的質(zhì)量比為60-70 :20-40 :8-10。
[0014] 更優(yōu)選的，所述木炭粉的粒度為3. 15mm以下。由于碎木炭粒度相對(duì)較小、硬度較 低，可采用干磨；但若其水分相對(duì)較高，也可以采取干磨加濕磨的方法進(jìn)行，經(jīng)干燥后取用。
[0015] 所述石油焦或石墨粉的粒度較細(xì)，不需要處理或進(jìn)行簡(jiǎn)單的干磨，就可直接進(jìn)行 造球配料。
[0016] 混勻與壓球時(shí)，根據(jù)原料的性質(zhì)，將含娃原料（碎娃石粉、微娃粉）和碳源（碎木 炭粉、石油焦粉或石墨粉）按一定的比例在混料機(jī)中兩兩混合或綜合混合，使原料混合均 勻，再加入適量的粘結(jié)劑和水，均勻混料。選擇對(duì)輥壓球機(jī)適當(dāng)?shù)某汕驂毫Γ?0?30MPa) 和成球粒度（Φ 20?80mm)，將混勻料壓制成球。
[0017] 含碳球團(tuán)入爐時(shí)，應(yīng)選擇合理的煉硅廢棄物含碳球團(tuán)加入量和布料方式，將造好 的球團(tuán)通過(guò)上料布料系統(tǒng)添加到電爐中進(jìn)行冶煉，以獲得電爐應(yīng)用含碳球團(tuán)煉硅的最佳效 果。
[0018] 按照本發(fā)明方法進(jìn)行煉硅生產(chǎn)，其含硅原料與還原劑的間隙降低到微米級(jí)，反應(yīng) 界面擴(kuò)大，反應(yīng)速度加快，其還原劑用量和反應(yīng)時(shí)間將會(huì)大幅降低，有利于生產(chǎn)周期的縮 短，從而可以達(dá)到節(jié)能減排、降低成本和綜合高效利用資源的目的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1、利用廢棄物含碳球團(tuán)煉硅新工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行簡(jiǎn)要補(bǔ)充和應(yīng)用效果評(píng)述。
[0021] 實(shí)施例1
[0022] 參見(jiàn)圖1，將微硅粉按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)62%的比例配加26%石墨粉，與2%的粘結(jié)劑、 10%的水，經(jīng)混勻后壓制成Φ40πιπι的球團(tuán)，干燥后以總原料配比5%的比例由電爐中心料 管加入到電爐中心部位（電爐中心部位含碳球團(tuán)比例為50% )。生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示單日產(chǎn)量為 42. 80噸，單位產(chǎn)量電耗為11955. 97度，相比完全使用傳統(tǒng)配料冶煉所得的日產(chǎn)41. 12噸， 單位電耗12318. 64度，具有明顯優(yōu)勢(shì)。
[0023] 實(shí)施例2
[0024] 將磨至100目以下的碎硅石粉按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)64%的比例，配加25 %的磨至3. 15mm 以下的石油焦粉，與3%的粘結(jié)劑、8%的水，經(jīng)混勻后壓制成Φ40πιπι的球團(tuán)，干燥后以總原 料配比10%的比例由電爐中心料管加入到電爐中心部位（電爐中心部位含碳球團(tuán)比例為 100%)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示單日產(chǎn)量為43. 65噸，單位產(chǎn)量電耗為12105. 33度。同樣，相比完 全使用傳統(tǒng)配料冶煉所得的數(shù)據(jù)，優(yōu)勢(shì)明顯。
[0025] 對(duì)上述應(yīng)用實(shí)例所得產(chǎn)品進(jìn)行化驗(yàn)。得到ω (Si)彡99. 5%，ω (Fe)彡0. 2%， ω(Α1) <0.16%的金屬硅，冶煉效果良好。足見(jiàn)將這些細(xì)碎原料經(jīng)合理配比混勻后壓球， 送入電爐冶煉的新工藝，不僅利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、擴(kuò)大原料來(lái)源、降低成本，而且可 以大大降低金屬硅生產(chǎn)的能耗、提高硅生產(chǎn)效率，在煉硅廢棄物循環(huán)利用方面取得了良好 效果，保障了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同步提升。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用廢棄物含碳球團(tuán)煉硅的方法，包括： 將含硅原料、碳源、粘結(jié)劑和水混合，并壓制成含碳球團(tuán)，球團(tuán)干燥后加入到電爐中進(jìn) 行煉硅生產(chǎn)；所述含硅原料包括微硅粉和硅石粉中的一種或多種，所述微硅粉中二氧化硅 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于95% ;所述碳源包括木炭粉、石油焦粉和石墨粉中的一種或多種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括可溶性硅酸鹽和有機(jī)燒 失型粘結(jié)劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)燒失型粘結(jié)劑包括淀粉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)采用碎硅石作為原料時(shí)，所述硅石粉為 經(jīng)濕磨、干燥后的得到的小于100目的粉末。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含硅原料、碳源和水的質(zhì)量比為 60-70 ：20-40 ：8-10〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述木炭粉的粒度為3. 15mm以下。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，壓制成球時(shí)壓力為20?30MPa。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，壓制成球的含碳球團(tuán)的粒度在 Φ 20 ?80mm。
【文檔編號(hào)】C01B33/025GK104098099SQ201410294993
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】段東平, 韓宏亮, 王文忠, 周娥, 陳思明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所