一种粉煤喷吹冶炼硅石制备工业硅的方法技术

本发明专利技术属于硅冶炼生产技术领域，具体涉及一种粉煤喷吹冶炼硅石制备工业硅的方法，分别称取适量的硅石、石油焦和煤，并各自碎化形成硅石粉、石油焦粉、粉煤和细颗粒粉煤；将疏松剂、石油焦、粉煤、硅石粉、粘接剂混合均匀后由炉顶加料口加入至矿热炉中；细颗粒粉煤与空气混合形成混合气尘，通过克莱德粉煤喷吹系统经炉顶喷枪送入熔池中，在熔池内形成强烈的搅拌，强化硅石碳热还原反应的发生，最后产出硅水。本发明专利技术首次尝试利用喷吹的方式将空气与粉煤经炉顶喷入矿热炉内，形成由下至上的燃烧体系，不仅在喷吹的风力作用下解决了管道堵塞问题，而且给予粉煤一定的燃烧空间，达到充分释放的效果，同时其还能大幅降低石油焦的使用。同时其还能大幅降低石油焦的使用。同时其还能大幅降低石油焦的使用。

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤喷吹冶炼硅石制备工业硅的方法


[0001]本专利技术属于硅冶炼生产
，具体涉及一种粉煤喷吹冶炼硅石制备工业硅的方法。

技术介绍

[0002]工业硅是信息产业、新能源产业以及新材料产业最基础的功能性材料。目前，以工业硅为基础衍生的工业产品，品种繁多，涉及的领域广泛，因此，工业硅被誉为“魔术金属”、“工业味精”。工业硅一般以碳热还原法冶炼制备，现工业硅的生产冶炼由石油焦、洗煤、蓝碳混合碳质还原剂使用。然而，因灰份含量高，导致工业硅产品的杂质高，达不到化工工业和电子工业所需要求，洗煤和蓝碳实用性逐渐下降。所以，目前的碳热还原剂以石油焦为主，如申请号为202010243612.9的专利技术专利公开了一种全油焦冶炼金属硅的生产工艺，该工艺采用石油焦作为单一还原剂，不添加其他如烟煤、木炭等还原剂，加入一定量疏松剂进一步提高产品品质，该生产工艺在容量25500kVA以下矿热炉上生产，反应温度在2000℃，每吨产品的消耗为：硅石2.7t/t，石油焦1.25
‑
1.35t/t，疏松剂为0.4t/t，获得的高品质金属硅以上牌号产品占总产量的95％以上。但是该工艺还是存在石油焦消耗过高且并未考虑如何进一步减少热量损失。同时，石油焦自身的反应性能、烧结性、粘度、活性、比电阻、发热值等缺陷，造成硅工业的产量不佳，难以满足目前的市场需求，成为了该工艺亟需解决的技术难题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种粉煤喷吹冶炼硅石制备工业硅的方法，解决了现有工艺的缺陷，利用喷吹的方式将空气与粉煤喷入矿热炉内，形成由下至上的燃烧体系，不仅在喷吹的风力作用下解决了管道堵塞问题，而且给予粉煤一定的燃烧空间，达到充分释放的效果。
[0004]为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]一种粉煤喷吹冶炼硅石制备工业硅的方法，包括：
[0006]步骤1，分别称取硅石、石油焦和煤，并各自碎化形成硅石粉、石油焦粉、粉煤和细颗粒粉煤，所述碎化后的硅石粒径分布在80mm以下，粉煤的粒径不大于20mm，细颗粒粉煤的粒径不大于3mm，所述硅石中的二氧化硅含量大于99wt％，所述硅石、石油焦与粉煤的质量比为2.6
‑
2.7:1.6
‑
1.8:3.7
‑
4.0；所述石油焦的粒径不大于20mm；石油焦的灰分不大于1wt％，固态碳含量大于85wt％，挥发分8～12％，水份不大于2％；所述细颗粒粉煤的质量是粉煤质量的5～15％；粉煤为烟煤或者无烟煤，烟煤固定碳大于50％，挥发分25～35％，灰分不大于3％，水份2～5％；无烟煤固定碳大于80％，挥发分8～12％，水份低于2％，灰分低于3％。
[0007]步骤2，将疏松剂、石油焦、粉煤和硅石粉由炉顶加料口加入至矿热炉中；细颗粒粉煤与空气混合形成混合气尘，通过喷吹系统经炉顶喷枪送入熔池中，在熔池内形成强烈的
搅拌，促进氧化还原反应的发生，最后产出硅水；所述混合气尘喷雾至热矿炉的渣液层；所述疏松剂为生物质废渣，疏松剂的加入量是硅石粉质量的5
‑
15％；
[0008]步骤3，当冶炼结束后，将硅水浇筑至模具中，并破碎成相应粒度的工业硅产品。
[0009]进一步的，所述步骤2中，将疏松剂、石油焦、粉煤和硅石粉通过定量给料机、胶带运输机，由炉顶加料口加入至矿热炉中；细颗粒粉煤与空气混合形成混合气尘，通过克莱德粉煤喷吹系统经炉顶喷枪送入熔池中，在熔池内形成强烈的搅拌，促进氧化还原反应的发生，最后产出硅水；所述混合气尘喷雾至热矿炉的渣液层。
[0010]冶炼时，所述熔池温度为2500
‑
2600℃。在工业上应用，当熔池内温度低于正常熔炼温度(即低于2500
‑
2600℃)时，增大混合气进气量，当温度足够维持熔池温度时，减少混合气的进气量。
[0011]所述疏松剂选自秸秆、稻壳、甘蔗渣中的一种或几种，且疏松剂的加入量是硅石粉质量的10
‑
15％；
[0012]进一步，所述疏松剂、石油焦、粉煤、硅石粉、粘结剂混合均匀形成松散的投炉料，且所述投炉料以硅烷偶联剂为粘结剂，所述硅烷偶联剂的加入量是硅石粉质量的5
‑
10％。该结构能够利用石油焦、粉煤与硅石粉充分混合，形成均匀分散体系，同时疏松剂的加入能够增加硅石粉和石油焦、粉煤周边的多孔性分散结构，形成优异的氧气流通路径，硅烷偶联剂能够将该多孔性分散结构固定化，保证该结构的稳定性，即便随着石油焦、粉煤和疏松剂的消耗，整个多孔性结构依然保持框架结构，且该多孔结构的孔隙增大化，提升氧气输送能力。
[0013]所述混合气中的细颗粒粉煤的浓度为10
‑
20g/L，优选为15
‑
20g/L。
[0014]所述细颗粒粉煤采用活性炭改性粉煤，活性炭自身的吸附特性以及表面活性，能够吸附空气的氧气，达到充分燃烧的效果，这一过程中，减少粉煤燃烧不充分带来的污染，所述活性炭粉煤的制备方法，包括：将活性炭研磨成活性炭细粉，且该活性炭细粉的粒径为0.3
‑
0.8mm，然后将细颗粒粉煤搅拌混合20
‑
30min，取出烘干得到活性炭改性粉煤，所述改性活性炭粉料和细颗粒粉煤的质量比1:10
‑
12，搅拌混合的速度为1000
‑
3000r/min。活性炭粉煤在使用前放入富氧空气中静置2
‑
3h，得到吸附饱和的活性炭粉煤。吸附饱和的活性炭粉煤在使用过程中能够形成充分燃烧，得到稳定的热量释放，减少热度均匀性差的问题，同时燃烧迅速，不易出现堵塞现象，进一步减少石油焦的使用量。
[0015]所述熔池温度为2540
‑
2600℃。
[0016]在本专利技术中，出硅率＝1t/硅石单耗*100％。
[0017]采用本专利技术的工艺；出硅率为37.4％～38.1％且所得工业硅的纯度大于等于99.3％。
[0018]经优化后，出硅率为38.1％，硅纯度为99.6wt％。
[0019]从以上描述可以看出，本专利技术具备以下优点：
[0020]1.本专利技术解决了现有工艺的缺陷，首次尝试利用喷吹的方式将空气与粉煤经炉顶喷入矿热炉内，形成由下至上的燃烧体系，不仅在喷吹的风力作用下解决了管道堵塞问题，而且给予粉煤一定的燃烧空间，达到充分释放的效果，更为重要的是，其还能大幅降低石油焦的使用。同时本专利技术还提高还原剂碳效率2～5％，减少因还原剂完全从炉面加料造成的碳损失，从而减少硅冶炼过程碳原料单耗，进而减少因还原剂消耗带来的碳排放量。
[0021]2.本专利技术从渣液层燃烧释放热量，减少了热量的损失，实现在石油焦用量较低的情况下提高整体的炉温，为后续降低渣含量提供有利条件。
[0022]3.本专利技术利用粉煤喷吹的方式，与石油焦形成复合还原体系，有效的提高了工业硅的生产效率，得到的Si≥99.3wt％的工业硅，优化后可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉煤喷吹冶炼硅石制备工业硅的方法，其特征在于：包括下述步骤；步骤1，分别称取硅石、石油焦和煤，并各自碎化形成硅石粉、石油焦粉、粉煤和细颗粒粉煤，所述碎化后的硅石粒径分布在80mm以下，粉煤的粒径不大于20mm，细颗粒粉煤的粒径不大于3mm，所述硅石中的二氧化硅含量大于99wt％，所述硅石、石油焦与粉煤的质量比为2.6
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2.7:1.6
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1.8:3.7
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4.0；所述石油焦的粒径不大于20mm；石油焦的灰分不大于1wt％，固态碳含量大于85wt％，挥发分8～12％，水份不大于2％；所述细颗粒粉煤的质量是粉煤质量的5～15％；粉煤为烟煤或者无烟煤，烟煤固定碳大于50％，挥发分25～35％，灰分不大于3％，水份2～5％；无烟煤固定碳大于80％，挥发分8～12％，水份低于2％，灰分低于3％。步骤2，将疏松剂、石油焦、粉煤和硅石粉由炉顶加料口加入至矿热炉中；细颗粒粉煤与空气混合形成混合气尘，通过喷吹系统经炉顶喷枪送入熔池中，在熔池内形成强烈的搅拌，强化还原反应的发生，最后产出硅水；所述混合气尘喷雾至热矿炉的渣液层；所述疏松剂为生物质/木屑，疏松剂的加入量是硅石粉质量的5
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15％；步骤3，当冶炼结束后，将硅水浇筑至模具中，并破碎成相应粒度的工业硅产品。2.根据权利要求1所述的一种粉煤喷吹冶炼硅石制备工业硅的方法，其特征在于：所述步骤2中，将疏松剂、石油焦、粉煤和硅石粉通过定量给料机、胶带运输机，由炉顶加料口加入至矿热炉中；细颗粒粉煤与空气混合形成混合气尘，通过克莱德粉煤喷吹系统经炉顶喷枪送入熔池中，在熔池内形成强烈的搅拌，促进氧化还原反应的发生，最后产出硅水；所述混合气尘喷雾至热矿炉的渣液层；冶炼时，所述熔池温度为2500
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2600℃。3.根据权利要求2所述的一种粉煤喷吹冶炼硅石制备工业硅的方法，其特征在于：当熔池内温度低于正常熔炼温度，即低于A℃时，增大混合气进气量，当温度足够维持熔池温度时，即大于A℃时，减少混合气的进气量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈正杰，王晓月，马文会，李绍元，伍继君，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：