[发明专利]金属硅冶炼炉水冷除尘的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属冶炼提纯过程中的气体除尘方法，特别涉及金属硅电弧高温提纯过程中的气体除尘方法。

背景技术

近年来，由于对能源/环境问题、比如矿物燃料能源的消耗和全球变暖问题的高度关注，使得可作为太阳能电池材料的硅的需要迅速增加。随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展。1994年全世界太阳能电池的总产量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增长了17倍。专家预测太阳能光伏产业在二十一世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一。

目前太阳能多晶硅主要有三个来源，一是生产半导体集成电路单晶硅的碎片；二是半导体多晶体的附产品，即单晶棒的头尾剩余料；三是半导体多晶硅产商用多余的产能生产的太阳能多晶硅。

国际上电子级高纯(＞11N)多晶硅原料制备的主流技术是西门子法及散氯氢硅(SiHCl₃)还原法和硅烷(SiH₄)热分解法，同时世界各国还有使用改良西门子法(即俄罗斯法)、硅烷法、流态化床法、冶金法，其中改良西门子法占全球产量80％以上。但无论哪一种方法，平均提纯每公斤多晶硅原料耗电都在250～400度左右，高能耗，高投入低产出是多晶硅原料成本居高不下的主要原因，严重制约太阳能电池的普及使用。

太阳能多晶硅的产能受限于半导体级多晶硅的产能。因此，市场急需寻找一种新的、能够大量生产同时成本较低的高纯多晶硅方法。

目前世界上新一代低成本多晶硅工艺技术研究空前活跃。除了传统工艺(电子级和太阳能级兼容)及技术升级外，还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺技术，主要有：改良西门子法的低价格工艺；冶金法从金属硅中提取高纯度硅；高纯度SiO₂直接制取；熔融析出法(VLD：Vaper to liquid deposition)；还原或热分解工艺；无氯工艺技术，Al-Si溶体低温制备太阳能级硅；熔盐电解法等。

金属硅冶炼方法之一是在冶炼炉中通入电弧(电火花)，在高温下使硅石(石英石)的氧和碳反应，脱氧成单质硅而获得金属硅。在氧和碳高温反应下会产生大量气体，这些气体中含有大量气化状态的二氧化硅，在冷却后又形成固体状态，因高温气流上升，冶炼炉料面一些较细颗粒，如石油焦会被高温气流托起带入排气管道，最终影响二氧化硅纯度品质。

除尘终端工艺为布袋除尘，但传统布袋除尘方法如果直接应用于金属硅冶炼炉的提纯，由于气流温度偏高，会缩短布袋使用寿命，而为降低温度又得使用大功率鼓风机来补充大量空气，这又造成能源消耗和生产成本增加等难题。

由于现有的金属硅除尘方法存在的缺点，本技术领域中一直期待新的气体除尘方法。

发明内容

本发明的目的在于消除传统金属硅冶炼过程中除尘方法的不足，提供一种提高二氧化硅收集纯度和降低气流温度保护布袋除尘器，延长布袋使用寿命的金属硅冶炼除尘方法。

本发明的技术方案如下：

1、在冶炼炉膛上方加设双层通水水套炉罩；在炉罩上方开垂直烟囱，烟囱内安放金属管道，管道外壁的一部分与烟囱焊接密封，在管道外壁与烟囱内壁之间注满循环冷却水。高温气体从水冷套中间通过。

2、在水冷套顶端装一管道风机，将气体引入旋风处理机，先使颗粒状粉尘分离沉淀下来，集中掺于炉料继续冶炼使用。将无颗粒的气体引入布袋除尘器收集冷却后的球状二氧化硅。将布袋收集的二氧化硅进行装包。将布袋除尘器引出的风送到炉罩内形成封闭式循环。

本发明在冶炼炉膛上方加设双层通水水套炉罩，降低了炉膛上方气体温度，因此减少了冶炼炉料面的石油焦等一些较细颗粒随高温气流带走的现象，由于石油焦随高温气体，经冷却后和二氧化硅一起回炉会影响冶炼的纯度，因此，石油焦的挥发减少相应的提高了冶炼硅的纯度。

本发明所使用的金属管道为蜂窝状或蛇形管状。

本发明在管道外壁与烟囱内壁之间所注的循环冷却水，其进水接口的压力不小于2KG其水温不高于70℃，以保证良好的冷却效果。如若水温升高，则加大循环水的流量。循环冷却水的进水口位于烟囱下部，出水口位于烟囱上部。

本发明所使用的循环冷却水，出水口可以将冷却水引入车间外的水池循环使用。水池中的循环水采用自然降温的方式，有利于节约能源消耗。水池位于车间外，同时减少了生产车间的长时间高温环境，有利于车间操作人员的身体健康，以及保护厂房上部建筑和电力设施。

本发明采用水冷降低炉膛表面温度和排烟管道温度，高温气体从水冷套中间通过，使热量被水吸走，温度降至200℃。