[发明专利]一种用于生产工业硅的还原剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种还原剂，尤其涉及一种用于生产工业硅的还原剂及其制备和应用。

背景技术

在工业硅生产过程中，主要的反应过程是硅石中的SiO₂和还原剂中的C在高温下进行的还原反应：SiO₂+2C＝Si+2CO。目前生产工业硅的主要还原剂是木炭，但其高昂的价格和越来越严格的环保政策致使人们一直在追求其替代品，而石油焦就是一个较好的选择。石油焦的特点是固定碳高(83％以上)、灰份低(杂质含量低，3％以下)、挥发份适中(8-12％)、致密度高(孔隙度小)，还原性能差。其用来做冶金还原剂能够生产较纯净的产品，但其性能决定其在实际的冶金反应中使用效率较低，大部分不能参与反应或反应区在碳集中区，易生成危害性很大的碳化硅，或因粒度太小而在炉内被燃烧掉。

现在南方的一些工业硅生产厂家在12.5MVA以下的工业硅炉中用大约60％(占总还原剂的量)的石油焦进行工业硅生产，也能勉强维持炉况正常运行，但经过大约三至六个月就必须进行挖炉，使用效果很不理想。主要问题是石油焦在工业硅炉中实际参与反应的成份很少，最高只能达到70％，烧损率一般都超过30％，还需要使用木炭和木材。

发明内容

本发明提出了一种利用率高，不需要使用木材和木炭的，同时增强了还原效果的用于生产工业硅的还原剂及其制备和应用，而且能长期维持工业硅炉正常运行。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于生产工业硅的还原剂，其中，该还原剂由石油焦与煤焦油依照2.5～3∶1质量比混合而成。

一种制备本发明还原剂的制备方法，其中：包括以下步骤：

(1)将煤焦油加热至40℃～100℃；

(2)在搅拌机中将磨细至粒度3mm以下的石油焦和步骤(1)所得的煤焦油按比例搅拌均匀。

一种应用如本发明的还原剂生产工业硅的方法，其中：包括以下步骤：

(1)原料准备：选择siO₂含量≥99％的硅石，粉碎至一定的粒度，作为硅源；按照硅石∶还原剂＝1.5∶1～2.5∶1的重量比进行充分混合，加入工业硅炉；

(2)还原反应：使用25.5MVA工业硅炉进行连续生产，有功功率保持在19～22MW之间，保持不间断地下料，并根据料面情况进行捣炉、扎眼；每隔2～3小时出硅一次，高温状态下的硅熔液放入硅水包中；

(3)除渣：高温状态下的硅熔液在硅水包中，保持温度为1500～1900℃，气压为6～8个标准大气压，通入空气或者氧气或者富氧空气或者氧气和空气的混合气体进行除渣，持续0.5～1.5h；

(4)定向凝固：将硅熔液倒入凝固池中自然降温凝固，即得工业硅。

本发明的生产工业硅的方法，其中：硅石和还原剂的重量比为硅石∶还原剂＝1.8∶1～2.2∶1；硅石粒度为50～150mm；还原反应中每次加热的温度保持时间为2h；除渣步骤中，持续通入富氧空气1h进行除渣。

本发明的生产工业硅的方法，其中：工业硅炉内呈“品”字状分布三个电极，并分别和三相工频电源连接。

本发明的生产工业硅的方法，其中：电极为自焙或炭素或石墨电极，向硅水包内的硅熔液中通入适量空气是通过专用液氧管道和压缩空气管道。

本发明一种用于生产工业硅的还原剂及其制备和应用的优点是：

1、本发明用石油焦与煤焦油混合后做成的还原剂，它有80％以上的粘结指数和20％以上的挥发分。不仅如此，在制作此还原剂的过程中，石油焦被磨细，大大提高其实际参与冶金反应的量，而且掺入煤焦油后，粘结指数增加，使得在生产过程中不会因为加入的炉料太细而被燃烧掉，可提高石油焦利用率约20％以上，同时也大大增强了还原效果。

2、代替木炭和木材

工业硅生产过程中，主要的反应过程是硅石中的SiO₂和还原剂中的C在高温下进行的还原反应：

SiO₂+2C＝Si+2CO

由以上的反应方程式可以看出，当还原剂中的碳的有效利用率增加20％时，其硅的产出率也会同比增加20％，这样就会大大提高原料的整体使用效率，炉内反应的节能效果也会得到充分的体现。