[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于生產(chǎn)工業(yè)硅的還原劑及其制備和應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010606329.4
• 申請(qǐng)日: 2010-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102530950A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆海洋;劉勇;汪利鋒;張振海;安志敏;馬水濤;王令旗;邢瑞平;李為民
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 登封電廠集團(tuán)鋁合金有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B33/025
• 分類(lèi)號(hào): C01B33/025
• 代理公司: 北京雙收知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11241
• 代理人: 盧新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種還原劑，尤其涉及一種用于生產(chǎn)工業(yè)硅的還原劑及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

在工業(yè)硅生產(chǎn)過(guò)程中，主要的反應(yīng)過(guò)程是硅石中的SiO₂和還原劑中的C在高溫下進(jìn)行的還原反應(yīng)：SiO₂+2C＝Si+2CO。目前生產(chǎn)工業(yè)硅的主要還原劑是木炭，但其高昂的價(jià)格和越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保政策致使人們一直在追求其替代品，而石油焦就是一個(gè)較好的選擇。石油焦的特點(diǎn)是固定碳高(83％以上)、灰份低(雜質(zhì)含量低，3％以下)、揮發(fā)份適中(8-12％)、致密度高(孔隙度小)，還原性能差。其用來(lái)做冶金還原劑能夠生產(chǎn)較純凈的產(chǎn)品，但其性能決定其在實(shí)際的冶金反應(yīng)中使用效率較低，大部分不能參與反應(yīng)或反應(yīng)區(qū)在碳集中區(qū)，易生成危害性很大的碳化硅，或因粒度太小而在爐內(nèi)被燃燒掉。

現(xiàn)在南方的一些工業(yè)硅生產(chǎn)廠家在12.5MVA以下的工業(yè)硅爐中用大約60％(占總還原劑的量)的石油焦進(jìn)行工業(yè)硅生產(chǎn)，也能勉強(qiáng)維持爐況正常運(yùn)行，但經(jīng)過(guò)大約三至六個(gè)月就必須進(jìn)行挖爐，使用效果很不理想。主要問(wèn)題是石油焦在工業(yè)硅爐中實(shí)際參與反應(yīng)的成份很少，最高只能達(dá)到70％，燒損率一般都超過(guò)30％，還需要使用木炭和木材。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種利用率高，不需要使用木材和木炭的，同時(shí)增強(qiáng)了還原效果的用于生產(chǎn)工業(yè)硅的還原劑及其制備和應(yīng)用，而且能長(zhǎng)期維持工業(yè)硅爐正常運(yùn)行。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于生產(chǎn)工業(yè)硅的還原劑，其中，該還原劑由石油焦與煤焦油依照2.5～3∶1質(zhì)量比混合而成。

一種制備本發(fā)明還原劑的制備方法，其中：包括以下步驟：

(1)將煤焦油加熱至40℃～100℃；

(2)在攪拌機(jī)中將磨細(xì)至粒度3mm以下的石油焦和步驟(1)所得的煤焦油按比例攪拌均勻。

一種應(yīng)用如本發(fā)明的還原劑生產(chǎn)工業(yè)硅的方法，其中：包括以下步驟：

(1)原料準(zhǔn)備：選擇siO₂含量≥99％的硅石，粉碎至一定的粒度，作為硅源；按照硅石∶還原劑＝1.5∶1～2.5∶1的重量比進(jìn)行充分混合，加入工業(yè)硅爐；

(2)還原反應(yīng)：使用25.5MVA工業(yè)硅爐進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，有功功率保持在19～22MW之間，保持不間斷地下料，并根據(jù)料面情況進(jìn)行搗爐、扎眼；每隔2～3小時(shí)出硅一次，高溫狀態(tài)下的硅熔液放入硅水包中；

(3)除渣：高溫狀態(tài)下的硅熔液在硅水包中，保持溫度為1500～1900℃，氣壓為6～8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，通入空氣或者氧氣或者富氧空氣或者氧氣和空氣的混合氣體進(jìn)行除渣，持續(xù)0.5～1.5h；

(4)定向凝固：將硅熔液倒入凝固池中自然降溫凝固，即得工業(yè)硅。

本發(fā)明的生產(chǎn)工業(yè)硅的方法，其中：硅石和還原劑的重量比為硅石∶還原劑＝1.8∶1～2.2∶1；硅石粒度為50～150mm；還原反應(yīng)中每次加熱的溫度保持時(shí)間為2h；除渣步驟中，持續(xù)通入富氧空氣1h進(jìn)行除渣。

本發(fā)明的生產(chǎn)工業(yè)硅的方法，其中：工業(yè)硅爐內(nèi)呈“品”字狀分布三個(gè)電極，并分別和三相工頻電源連接。

本發(fā)明的生產(chǎn)工業(yè)硅的方法，其中：電極為自焙或炭素或石墨電極，向硅水包內(nèi)的硅熔液中通入適量空氣是通過(guò)專(zhuān)用液氧管道和壓縮空氣管道。

本發(fā)明一種用于生產(chǎn)工業(yè)硅的還原劑及其制備和應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明用石油焦與煤焦油混合后做成的還原劑，它有80％以上的粘結(jié)指數(shù)和20％以上的揮發(fā)分。不僅如此，在制作此還原劑的過(guò)程中，石油焦被磨細(xì)，大大提高其實(shí)際參與冶金反應(yīng)的量，而且摻入煤焦油后，粘結(jié)指數(shù)增加，使得在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)因?yàn)榧尤氲臓t料太細(xì)而被燃燒掉，可提高石油焦利用率約20％以上，同時(shí)也大大增強(qiáng)了還原效果。

2、代替木炭和木材

工業(yè)硅生產(chǎn)過(guò)程中，主要的反應(yīng)過(guò)程是硅石中的SiO₂和還原劑中的C在高溫下進(jìn)行的還原反應(yīng)：

SiO₂+2C＝Si+2CO

由以上的反應(yīng)方程式可以看出，當(dāng)還原劑中的碳的有效利用率增加20％時(shí)，其硅的產(chǎn)出率也會(huì)同比增加20％，這樣就會(huì)大大提高原料的整體使用效率，爐內(nèi)反應(yīng)的節(jié)能效果也會(huì)得到充分的體現(xiàn)。