CN105329897B - 一种应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法，属于有色金属冶炼技术领域。石油焦物料的粒度配比：粒径为0.1mm以下的石油焦占比60～75wt%，粒径0.1mm以上的占25～40wt%；无烟煤/烟煤物料的粒度配比：粒径为0.15~0.3mm配比占55～75%，0.15mm以下粒径配比占25～45%；木炭粉末和生物质炭/半焦按任意比例混合得到炭粉混合物料，炭粉混合物料粒度配比：0.075mm以下粒径配比占75～90%，0.075mm以上粒径配比占10～25%；将配置好的石油焦物料、无烟煤/烟煤物料、炭粉混合物料混合均匀得到混合料，将混合料添加有机粘接剂、添加剂、水搅拌均匀，然后制备成球团，烘干后制备得到复合还原剂。该复合还原剂具有固定碳含量高、化学反应活性高、灰份含量及其挥发份含量低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法，属于有色金属冶炼技术领域。
背景技术
工业硅生产主要以硅石和炭质还原剂为原料，目前，碳质还原剂主要以烟煤、木炭、石油焦、木块为原料。对于炭质还原剂中理论上要求固定碳越高越好，但烟煤、焦炭等固定碳含量相当高，却不能用于工业硅的生产原料，其主要原因是还原剂中固定碳含量太高，相应的挥发份含量就比较低，从而导致还原剂的反应活性比较低，不利于工业硅生产冶炼。在工业硅冶炼中对碳质还原剂的要求固定碳含量在70%左右，挥发分在15～20%，例如，用于工业硅冶炼最好的还原剂是木炭，而木炭的固定碳在70%以下，挥发分含量在20%左右。对于固定碳含量偏低，吨硅入炉原料比重必然增加，近而原料成本高，因原料带入的杂质含量增加。所以为了提高原料的有效利用成分，即提高还原剂中固定碳含量，又要保证还原剂的反应活性，研究与开发一种应用于工业硅冶炼生产的优质复合还原剂具有重要的社会经济价值。
本发明将石油焦、无烟煤/烟煤、木炭粉末、生物质炭/半焦等炭质原料分别经过研磨、筛分，各种原料按不同粒度组合，主要考虑无烟煤/烟煤固体颗粒强度高，而其他几种原料颗粒强度比较低，所以为了提高球团的强度，无烟煤/烟煤以大颗粒为主，在球团中具有骨架作用，其他原料以小颗粒为主。另外，该发明专利技术制备的复合还原剂主要通过加入添加剂，该类添加剂强化了原料的化学反应活性，提高了原料有效利用率，减少了吨硅还原剂的消耗量，降低了工业硅生产原料成本，减少了SiC的沉积，解决了因SiC沉积而导致的炉底上涨问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法。本发明制备得到的复合还原剂具有固定碳含量高、化学反应活性高、灰份含量及其挥发份含量低等有利于工业硅冶炼的优点，本发明通过以下技术方案实现。
一种应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法，其具体步骤如下：
（1）石油焦物料的粒度配比：粒径为0.1mm以下的石油焦占比60～75wt%，粒径0.1mm以上的占25～40wt%；无烟煤/烟煤物料的粒度配比：粒径为0.15~0.3mm配比占55～75%，0.15mm以下粒径配比占25～45%；木炭粉末和生物质炭/半焦按任意比例混合得到炭粉混合物料，炭粉混合物料粒度配比：0.075mm以下粒径配比占75～90%，0.075mm以上粒径配比占10～25%；
（2）将步骤（1）配置好的石油焦物料、无烟煤/烟煤物料、炭粉混合物料按照质量比为30～50：30～50：20～40混合均匀得到混合料，将混合料添加混合料质量2~4%的有机粘接剂、混合料质量1～3%的添加剂、混合料质量8～15%的水搅拌均匀，然后制备成粒径为10~80mm的球团，烘干后制备得到工业硅冶炼生产的复合还原剂。
所述步骤（1）中石油焦固定碳含量在80wt%以上，烟煤固定碳含量在45wt%以上，无烟煤固定碳含量在85wt%以上，木炭粉末和生物质炭固定碳50wt%以上。
所述有机粘接剂的制备过程为：将腐植酸钠和生物质（核桃壳、松子壳、椰子壳、玉米芯/秸秆、烟杆、甘蔗渣、稻草/壳、玫瑰花杆、土豆杆、小麦秸秆等一种或者多种任意比例混合物）原料按照质量比为55～80：20～45混合均匀，然后按照液固比为2～10：1ml/g在浓度为1～8mol/LNaOH溶液中浸泡8～15h，最后在80~120ºC条件下搅拌30~60min制备得到有机粘接剂。
所述添加剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸镁、氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锌、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种任意比例混合物。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备得到的复合还原剂的化学反应活性高，使用过程中矿热炉炉底沉积量下降10～20%，有效解决矿热炉炉底上涨问题，吨硅还原剂消耗量减少10%以上；
（2）该发明技术以碱金属及其碱土金属的碳酸盐、盐酸盐或者氧化物中的一种或者多种为添加剂，该添加剂提高了原料的化学反应活性，进而提高还原剂的有效利用率，减少了吨硅还原剂消耗量，降低了工业硅冶炼的原料成本，同时有效解决了矿热炉炉底上涨问题。并且该发明技术将木炭粉末/生物质原料等二次资源进行综合利用，提高废弃资源的经济利用价值，解决了因木炭粉末堆放引起的环境问题以及生物质用于燃烧引起的原料浪费问题，进一步降低工业硅冶炼原料成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法，其具体步骤如下：
（1）石油焦物料的粒度配比：粒径为0.1mm以下的石油焦占比60wt%，粒径0.1mm以上的占40wt%；无烟煤物料的粒度配比：粒径为0.15~0.3mm配比占75%，0.15mm以下粒径配比占25%；木炭粉末和生物质炭（核桃壳）按质量比1:1混合得到炭粉混合物料，炭粉混合物料粒度配比：0.075mm以下粒径配比占90%，0.075mm以上粒径配比占10%；其中石油焦固定碳含量在80wt%以上，无烟煤固定碳含量在85wt%以上，木炭粉末和生物质炭固定碳50wt%以上；
（2）将步骤（1）配置好的石油焦物料、无烟煤物料、炭粉混合物料按照质量比为40：40：20混合均匀得到混合料，将混合料添加混合料质量2.5%的有机粘接剂、混合料质量1%的添加剂、混合料质量15%的水搅拌均匀，然后制备成粒径为10mm的球团，烘干后制备得到工业硅冶炼生产的复合还原剂；其中有机粘接剂的制备过程为：将腐植酸钠和生物质原料（核桃壳）按照质量比为55：45混合均匀，然后按照液固为2.5：1ml/g在浓度为1mol/LNaOH溶液中浸泡15h，最后在90ºC条件下搅拌50min制备得到有机粘接剂；添加剂为碳酸钠；若有机粘接剂、添加剂中有溶解性的物料，先加入水中溶解，然后再添加到混合料中。
本实施例制备得到的工业硅冶炼生产的复合还原剂中固定碳含量为85wt%。以200kg硅石(SiO299.5wt%)破碎成粒度15mm的块状，经清洗、筛分后与95kg复合碳质还原剂混合均匀，加入到矿热炉中进行熔炼，熔炼后得到的工业硅产品成分为Si>99.6wt.%，矿热炉炉底沉积量下降12%，吨硅还原剂消耗量减少10%。
实施例2
该应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法，其具体步骤如下：
（1）石油焦物料的粒度配比：粒径为0.1mm以下的石油焦占比70wt%，粒径0.1mm以上的占30wt%；烟煤物料的粒度配比：粒径为0.15~0.3mm配比占70%，0.15mm以下粒径配比占30%；木炭粉末和半焦按质量比1:2混合得到炭粉混合物料，炭粉混合物料粒度配比：0.075mm以下粒径配比占85%，0.075mm以上粒径配比占15%；其中石油焦固定碳含量在80wt%以上，烟煤固定碳含量在45wt%以上，木炭粉末固定碳50wt%以上；
（2）将步骤（1）配置好的石油焦物料、烟煤物料、炭粉混合物料按照质量比为30：30：40混合均匀得到混合料，将混合料添加混合料质量3%的有机粘接剂、混合料质量2.5%的添加剂、混合料质量10%的水搅拌均匀，然后制备成粒径为40mm的球团，烘干后制备得到工业硅冶炼生产的复合还原剂；其中有机粘接剂的制备过程为：将腐植酸钠和生物质原料（质量比为1：1：1的松子壳、椰子壳和玉米芯混合物）按照质量比为70：30混合均匀，然后按照液固比为5：1ml/g的浓度为5mol/LNaOH溶液中浸泡10h，最后在120ºC条件下搅拌30min制备得到有机粘接剂；添加剂为质量比为1:1:1:1的碳酸钾、碳酸钙、碳酸镁和氯化钠的混合物；若有机粘接剂、添加剂中有溶解性的物料，先加入水中溶解，然后再添加到混合料中。
本实施例制备得到的工业硅冶炼生产的复合还原剂中固定碳含量为86wt%。以200kg硅石(SiO299.5wt%)破碎成粒度45mm的块状，经清洗、筛分后与93kg复合碳质还原剂混合均匀，加入到矿热炉中进行熔炼，熔炼后得到的工业硅产品成分为Si>99.5wt.%，矿热炉炉底沉积量下降15%，吨硅还原剂消耗量减少14%。
实施例3
该应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法，其具体步骤如下：
（1）石油焦物料的粒度配比：粒径为0.1mm以下的石油焦占比75wt%，粒径0.1mm以上的占25wt%；无烟煤物料的粒度配比：粒径为0.15~0.3mm配比占55%，0.15mm以下粒径配比占45%；木炭粉末和生物质炭（玉米秸秆）按质量比1:2混合得到炭粉混合物料，炭粉混合物料粒度配比：0.075mm以下粒径配比占75%，0.075mm以上粒径配比占25%；其中石油焦固定碳含量在80wt%以上，无烟煤固定碳含量在85wt%以上，木炭粉末和生物质炭固定碳50wt%以上；
（2）将步骤（1）配置好的石油焦物料、无烟煤物料、炭粉混合物料按照质量比为40：30：30混合均匀得到混合料，将混合料添加混合料质量3%的有机粘接剂、混合料质量3%的添加剂、混合料质量8%的水搅拌均匀，然后制备成粒径为80mm的球团，烘干后制备得到工业硅冶炼生产的复合还原剂；其中有机粘接剂的制备过程为：将腐植酸钠和生物质原料（质量比为1:1的烟杆和玫瑰花杆混合物）按照质量比为80：20混合均匀，然后按照液固为10：1ml/g的浓度为8mol/LNaOH溶液中浸泡8h，最后在80ºC条件下搅拌60min制备得到有机粘接剂；添加剂为质量比为1:1:1:1的氯化钙、氯化镁、氯化锌和氢氧化钠的混合物；若有机粘接剂、添加剂中有溶解性的物料，先加入水中溶解，然后再添加到混合料中。
本实施例制备得到的工业硅冶炼生产的复合还原剂中固定碳含量为87wt%。以200kg硅石(SiO299.5wt%)破碎成粒度80mm的块状，经清洗、筛分后与93kg复合碳质还原剂混合均匀，加入到矿热炉中进行熔炼，熔炼后得到的工业硅产品成分为Si>99.6wt.%，矿热炉炉底沉积量降20%，吨硅还原剂消耗量减少12%。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）石油焦物料的粒度配比：粒径为0.1mm以下的石油焦占比60～75wt%，粒径0.1mm以上的占25～40wt%；无烟煤/烟煤物料的粒度配比：粒径为0.15~0.3mm配比占55～75%，0.15mm以下粒径配比占25～45%；木炭粉末和生物质炭/半焦按任意比例混合得到炭粉混合物料，炭粉混合物料粒度配比：0.075mm以下粒径配比占75～90%，0.075mm以上粒径配比占10～25%；
（2）将步骤（1）配置好的石油焦物料、无烟煤/烟煤物料、炭粉混合物料按照质量比为30～50：30～50：20～40混合均匀得到混合料，将混合料添加混合料质量2~4%的有机粘接剂、混合料质量1～3%的添加剂、混合料质量8～15%的水搅拌均匀，然后制备成粒径为10~80mm的球团，烘干后制备得到工业硅冶炼生产的复合还原剂；
所述有机粘接剂的制备过程为：将腐植酸钠和生物质原料按照质量比为55～80：20～45混合均匀，然后按照液固比为2～10：1ml/g在浓度为1～8mol/LNaOH溶液中浸泡8～15h，最后在80~120ºC条件下搅拌30~60min制备得到有机粘接剂。
2.根据权利要求1所述的应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中石油焦固定碳含量在80wt%以上，烟煤固定碳含量在45wt%以上，无烟煤固定碳含量在85wt%以上，木炭粉末和生物质炭固定碳50wt%以上。
3.根据权利要求1所述的应用于工业硅冶炼生产的复合还原剂的制备方法，其特征在于：所述添加剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸镁、氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锌、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种任意比例混合物。
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