[發(fā)明專利]一種用光伏切割廢料制備的硅料及制備方法

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• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN109988928A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉奎仁;王飛;李斌川;陳建設(shè);韓慶
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C1/10;C22C21/02;C22B7/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發(fā)明涉及一種利用光伏切割廢料制備鋁硅合金的方法，其包括：S1.1，將光伏切割廢料：水：粘接劑按質(zhì)量比100:10～30:2～8混合均勻，得到混合料；S1.2，將混合料壓制成料塊；S1.3，將料塊脫水、脫有機(jī)物，得到脫水脫有機(jī)物的料塊，脫水脫有機(jī)物的料塊即硅料。本發(fā)明提供的用光伏切割廢料制備硅料的方法，實(shí)現(xiàn)光伏行業(yè)廢料的再生利用，變廢為寶。處理廢料過程中，壓型可以減小總體積，利于運(yùn)輸及后續(xù)操作，減小工序損耗；粘接劑用于定型，防止散裂。低溫脫水，高溫脫有機(jī)物，便于分別收集水分和有機(jī)物，分別排出利用。同時(shí)也是處理料塊，使之可以用于熔煉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二次資源利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用光伏切割廢料制備的硅料，還提供了一種硅料的制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，如質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，是應(yīng)用最廣泛的有色金屬合金。其中，鋁硅合金是鋁加工行業(yè)必不可少的中間合金，市場需求旺盛。2014年1～7月，我國鋁硅合金行業(yè)產(chǎn)值達(dá)256.16億元，同比增長29.2％。

鋁硅系合金可分為變形Al-Si合金和鑄造Al-Si合金兩大類。其中，變形Al-Si合金的Si含量一般為4.5％～13.5％，主要通過鍛造或壓鑄工藝成型；鑄造Al-Si合金的Si含量多為4％～22％，主要由常規(guī)鑄造方式成型。據(jù)2010年統(tǒng)計(jì)顯示，汽車用鋁合金中鑄造Al-Si合金占比可達(dá)50％，其中金屬硅用量達(dá)7％～12％。

鋁硅系合金具有優(yōu)良的鑄造性能和較小的體積變化系數(shù)，比重小、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱好，且耐磨性能較佳，故而被廣泛地應(yīng)用于航空、交通、建筑、汽車等重要行業(yè)，也用于制造低、中強(qiáng)度的形狀復(fù)雜的鑄件，如蓋板、電機(jī)殼、托架等。

目前鋁硅合金主要有兩種生產(chǎn)方法：熔配法和電熱還原法。

1、熔配法

以工業(yè)純硅與純鋁為原料，通過熔煉的方法進(jìn)行鋁硅合金的生產(chǎn)。該工藝簡單，適用性廣。根據(jù)生產(chǎn)過程的不同，該工藝可以分為以下幾類：

(1)高溫加硅法

將鋁塊融化，然后將碎硅塊(粒度為15～20mm)使用鋁箔包裹，然后用預(yù)熱的石墨鐘罩將其壓入到鋁液中，保溫一定時(shí)間后降溫，除氣除渣后澆成鑄錠待用。

Si的熔點(diǎn)高達(dá)1414℃，且硅的密度小于鋁，在制備合金時(shí)硅會(huì)浮于鋁液表面并在表面會(huì)生成一層二氧化硅膜，其熔點(diǎn)溫度高達(dá)1703℃，隔絕硅與鋁液的接觸，使得合金不能順利形成。

(2)共熔法

硅塊與鋁塊同時(shí)放在冶煉爐的底部，共同升溫融化制備合金，是應(yīng)用最普遍的一種方法，由于鋁的熔點(diǎn)比硅低很多，所以鋁率先融化，當(dāng)鋁融化后，并覆蓋在硅的上面，硅在鋁液的包裹下慢慢熔化。

此種方法的優(yōu)點(diǎn)為鋁液包裹住硅塊以后，隔絕了硅與空氣的接觸，從而防止了硅塊的氧化，硅的氧化損失減小，提高了合金制備效率。但硅在400℃就會(huì)發(fā)生劇烈氧化，雖然鋁塊融化后會(huì)對硅塊起到保護(hù)作用，但是鋁的熔點(diǎn)為660℃，故在鋁塊融化之前并不能對硅塊起到保護(hù)作用，生成的二氧化硅不僅影響了合金的純度，而且對合金的力學(xué)性能與表面質(zhì)量產(chǎn)生影響，而且會(huì)縮短模具壽命。

(3)攪拌熔鑄法

攪拌鑄造的基本原理為：硅顆粒投入到融化的鋁液中，通過攪拌使硅迅速融化并分散到鋁液中。液態(tài)金屬攪拌鑄造法是如今主流的合金制備方法，操作簡單成本低廉等優(yōu)點(diǎn)促使其迅速發(fā)展。

攪拌熔鑄法存在的問題主要是為了增大溶解的速度，一般硅顆粒會(huì)加工的較細(xì)，由于硅粒與鋁液的濕潤性較差，不易進(jìn)入到鋁液中形成合金，此外硅粒易團(tuán)聚，造成合金中硅分布不均勻和偏析嚴(yán)重。

2、電熱還原法

在電弧爐上，以高嶺土、氧化鋁或鋁土礦和藍(lán)晶石礦等為原料，煙煤和石油焦為還原劑，酸法紙漿廢液或粘土為粘結(jié)劑制取鋁硅合金的工藝。