一种工业硅冶炼用还原剂及其制备方法与流程

本发明属于工业硅冶炼，具体涉及一种工业硅冶炼用还原剂及其制备方法。

背景技术：

1、目前，我国硅业冶炼使用的炭质还原剂大多是以木炭、石油焦、木块、兰炭、洗精煤为原料，按一定配比组成的混合型还原剂。随着我国工业硅产品在国内外市场的扩大，造成了硅业生产用主要原炭质还原剂材料的供应短缺和价格的上涨。木炭和木块的来源以消耗森林为代价，来源有限，价格昂贵，不利于企业的发展。石油焦是原油裂解时产生的副产品，其灰分很低(<0.3％)，孔隙率仅次于木炭(46％)，固定碳含量很高，可以替代木炭成为生产工业硅的还原剂。但石油焦又存在导电性太强，反应性能低，比电阻小，提前结晶等缺点，生成危害性很大的碳化硅，直接影响硅的质量，不利于工业硅的生产。煤具有含量较高的固定碳和比电阻，且不易石墨化，可以替代木炭成为生产工业硅的还原剂。但是随着中国无烟煤和炼焦煤等优质资源的不断消耗，炼焦用煤的价格不断攀升，低阶煤在能源结构中的地位不断上升。这一系列问题也会增加工业硅生产成本，造成环境污染，降低能源利用率，所以需要不断开发研究新型还原剂，以降低或解决以上硅生产过程中存在的问题。

2、申请号为202211156507.7的专利，公开了一种含兰炭的硅冶炼用还原剂及其制备方法，利用兰炭、木炭、粒度焦、高粘煤、中粘煤、无粘煤、低粘煤等原料，该方法用兰炭和木炭替代部分石油焦、烟煤，使工业硅碳质还原剂成本下降2-6％，但是所需掺配物质较多，工业生产过程中生产不方便，不利于工业化应用。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种工业硅冶炼用还原剂及其制备方法，将生物质和低阶无粘煤分别研磨成粉末，生物质粉末依次经碱处理和水热处理得到生物质粘结剂；将生物质粘结剂和低阶无粘煤粉末混匀；同时，混合过程中，分别将碱金属或碱土金属的溶液、水和无机粘结剂溶液依次均匀的喷射到混匀物料上，待物料混合均匀并出现结块现象，然后冷压成型得到球团、无氧条件下低温焙烧，随炉冷却至室温得到工业硅冶炼用复合碳质还原剂球团；提高废弃资源的经济利用价值，同时提高了碳材料的化学反应活性和比电阻，降低了工业硅冶炼的原料成本，提高了冶炼工艺的生产效率。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种工业硅冶炼用还原剂，原料包括低阶无粘煤粉末和生物质粘结剂，总质量为100wt.％计，低阶无粘煤粉末占80wt.％～90wt.％，生物质粘结剂占10wt.％～20wt.％。

4、所述低阶无粘煤的固定碳含量为56～65wt.％，低阶无粘煤粉末的粒径为0.075～0.147mm。

5、所述生物质粘结剂采用包括果壳、稻壳、秸秆、甘蔗渣中的一种或多种的生物质粉末，生物质粉末粒径不大于0.595mm。

6、所述生物质粘结剂的制备方法为：

7、1)将生物质粉末和naoh溶液混合均匀得到混合物a，生物质粉末与naoh溶液的质量比为1:12～1:16；

8、2)将混合物a置于温度80～100℃水热处理60～180min得到液态生物质粘结剂；

9、3)将液态生物质粘结剂烘干，然后研磨至粒径小于0.177mm，得到生物质粘结剂。

10、所述步骤1)中naoh溶液的浓度为5～10wt.％。

11、一种工业硅冶炼用还原剂制备还原剂球团的方法，具体步骤如下：

12、步骤1、将生物质和低阶无粘煤分别研磨成粒径不大于0.595mm生物质粉末和粒径为0.075～0.147mm低阶无粘煤粉末；

13、步骤2、将步骤1中得到的生物质粉末依次经碱处理和水热处理得到生物质粘结剂；

14、步骤3、将10wt.％～20wt.％生物质粘结剂和80wt.％～90wt.％低阶无粘煤粉末混匀；混合的同时，分别将碱金属或碱土金属的溶液、水和无机粘结剂溶液依次均匀的喷射到混匀物料上，继续混匀并出现结块现象，然后，置于压力10～15mpa下冷压成型得到直径为50～70mm球团；

15、步骤4、将步骤3得到的球团置于温度400～600℃、无氧条件下低温焙烧10～30h，随炉冷却至室温得到工业硅冶炼用复合碳质还原剂球团。

16、步骤2所述生物质粘结剂碱处理和水热处理的方法为：

17、1)将生物质粉末和浓度为5～10wt.％的naoh溶液混合均匀得到混合物a，生物质粉末与naoh溶液的质量比为1:12～1:16；

18、2)将混合物a置于温度80～100℃水热处理60～180min得到液态生物质粘结剂；

19、3)将液态生物质粘结剂烘干，然后研磨至粒径小于0.177mm，得到生物质粘结剂。

20、步骤3所述的还原剂球团中，碱金属或碱土金属的溶液占球团总质量的0.5wt.％～2wt.％，水占球团总质量的6wt.％～9wt.％，无机粘结剂溶液占球团总质量的1wt.％；所述碱金属或碱土金属的溶液浓度为1.5～3.5mol/l，无机粘结剂溶液的浓度36～40wt.％。

21、步骤4所述的还原剂球团中，固定碳不低于75wt.％，挥发分为12～20wt.％，水分低于2wt.％、灰分低于4wt.％，冷强度8～12mpa，比电阻3000～6000ω·cm。

22、所述碱金属或碱土金属的溶液为碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、氯化钙溶液、氯化钠溶液中的一种或多种，其中，碱土金属溶液采用氯化钙溶液；碱金属溶液采用碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液或/和氯化钠溶液；无机粘结剂溶液采用水玻璃。

23、相对于现有技术，本发明有益效果如下：

24、(1)本发明有效利用较丰富的低阶无粘煤资源，扩大炼焦用煤资源，可解决资源匮乏与工业生产及经济发展之间的矛盾；

25、(2)本发明将生物质经碱处理后，纤维素和木质素充分暴露，同时会产生果胶与单宁等具有粘结性的物质，进行水热处理通过较高的温度增强分子间的布朗运动，使反应更加完全，暴露出更多的木质素及纤维素使得粘度增大；

26、(3)本发明以废弃生物质制备生物质粘结剂使用，综合利用了农副产品,提高废弃资源的经济利用价值，解决了因废弃生物质堆放引起的环境问题和浪费问题；同时提高了碳材料的化学反应活性和比电阻，降低了工业硅冶炼的原料成本；

27、(4)本发明将碱金属或碱土金属溶液均匀喷淋到原料上，使其迅速湿润和均匀分散；添加的碱金属或碱土金属在热解过程中可以提高整个碳热还原过程的效率，是重要的催化剂，析出的气态碱金属同样会对挥发分的蒸气重整起到催化作用，可以大大提高冶炼工艺的生产效率；

28、(5)本发明复合碳质还原剂球团经焙烧后挥发分大量释放，固定碳不低于75wt.％、挥发分为12wt.％～20wt.％、水分低于2wt.％、灰分低于4wt.％，冷强度达到8～12mpa，比电阻为3000～6000ω·cm，完全适用于工业硅冶炼用。

29、综上所述，与现有技术相比，本发明提高废弃资源的经济利用价值，解决了因废弃生物质堆放引起的环境问题和浪费问题；同时提高了碳材料的化学反应活性和比电阻，降低了工业硅冶炼的原料成本，提高了冶炼工艺的生产效率。