一种利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法

本发明涉及一种利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，属于工业硅用复合还原剂制备。

背景技术：

1、目前，工业硅的生产主要是将硅石和碳质还原剂置于电弧炉冶炼而来。为了更好地实现冶炼效益，实际生产中会将多种碳质还原剂（石油焦、木炭、煤等）进行合理的混合配料，从而使不同物料得到充分燃烧利用。在选作工业硅冶炼的还原剂中，具有一定粘结性煤的使用量占比较大，其原因主要是粘结煤比电阻大、粘结指数适宜、价格低廉且不易石墨化。低阶无粘煤在工业硅冶炼中属于低价值资源，利用率极低，而高阶粘结煤使用成本高。降低高阶粘结煤的使用成本，对低阶无粘煤如何更有效地应用于工业硅冶炼进行研究具有非常重要的意义。

2、咖啡废水是含有高浓度有机质的酸性废液，其营养成分丰富，易造成水体富营养化和损害人体健康问题。为了缓解咖啡废水的排放导致生态环境承受压力的增大，将产生的咖啡废水合理化应用于相关领域，从而可实现有机废水的资源化高效清洁利用。

技术实现思路

1、针对工业硅冶炼所用的高阶粘结煤使用成本高，低阶无粘煤实际应用价值较小的问题，本发明提出一种利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，即将咖啡废水加入混合煤粉中，使其渗透到混合煤粉的孔隙中，增大不同粘结煤之间的接触面积，并经过微波加热使咖啡废水中的有机成份和碱金属会进一步提高混合煤参与冶炼的反应速率，促进混合煤结构的交联重排，降低反应活化能。

2、一种利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，具体步骤如下：

3、（1）将真空干燥的高粘煤和无粘煤分别破碎研磨至粒度小于0.2mm且粒度为0.1mm~0.2mm占20%~35%，得到高粘煤粉和无粘煤粉；

4、（2）将高粘煤粉和无粘煤粉混合均匀得到煤粉混合物a，煤粉混合物a中加入咖啡废水并进行研磨，得到煤粉混合物b；

5、（3）煤粉混合物b经压制成型得到圆柱形坯体；

6、（4）圆柱形坯体置于氩气氛围中进行微波焙烧，随炉冷却至室温得到工业硅用复合还原剂球团。

7、所述步骤（1）高粘煤粉的粘结指数为90~95，无粘煤的粘结指数为0~8。

8、以煤粉混合物a的质量计，所述步骤（2）煤粉混合物a中高粘煤粉占75~90%，无粘煤粉占10~25%；咖啡废水的添加量为煤粉混合物a质量的8~12%。

9、所述咖啡废水指生咖啡在湿式初步制浆和洗涤过程中得到的有机废水，咖啡废水中含有大量咖啡酸、咖啡因和果胶等有机质，有机质含量为35~50wt%，咖啡废水中主要含有k和na等碱金属，碱金属含量为5~9wt%。

10、所述步骤（3）圆柱形坯体的直径为40~45mm，高度为40~45mm。

11、所述步骤（4）微波焙烧温度为400~550℃，时间为0.5~2h，微波功率为1~5kw。

12、所述步骤（4）工业硅用复合还原剂球团的粘结指数为65~83，反应活化能为16~18kj/mol，比电阻为3.2×105~5.6×105μω·m，强度为10~14mpa。

13、咖啡废水中有机成份和碱金属会促进混合煤结构的交联重排，降低反应活化能的原理：

14、由于咖啡废水中存在大量咖啡因、咖啡酸和果胶等有机质，其中果胶具有较强的黏性，有助于提高混合样品的粘结性。通过研磨制样加热后，咖啡废水有机质中碳链结构会发生不同程度的断裂与重组，使得混合样品内部结构更加稳定；同时，有机碳结构在交联重排过程中会产生小分子气体（ch4、co2和h2o等），使样品内部进一步产生大量孔隙结构，从而使碱金属能够更加快速有效地迁移到这些孔隙中，加快了化学反应速率，促进反应活化能的降低。

15、本发明的有益效果是：

16、（1）本发明将应用价值较小的低阶无粘煤与高粘煤进行混合制备硅冶炼用还原剂，通过控制无粘煤的加入量，可以有效调控复合还原剂的粘结指数，使硅冶炼中反应物料能够充分接触，提高冶炼效益；

17、（2）本发明在研磨处理时选用咖啡废水作为研磨介质，搅拌过程中咖啡废水能够有效渗入混合煤孔隙，使得不同粘结煤更好地接触；经微波加热，咖啡废水中有机成份和碱金属会促进混合煤结构的交联重排，降低反应活化能，提高硅冶炼碳热还原反应速率，从而实现有机废水的资源化高效清洁利用；

18、（3）本发明在咖啡废水辅助研磨条件下，将低阶无粘煤用于硅冶炼用还原剂制备得到的工业硅用复合还原剂球团，其球团粘结指数均在60以上，反应活化能低于20 kj/mol，比电阻远大于3500μω·m，球团强度大于10mpa，满足工业硅冶炼用碳质还原剂的需要。

技术特征：

1.一种利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤（1）高粘煤粉的粘结指数为90~95，无粘煤的粘结指数为0~8。

3.根据权利要求1所述利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：以煤粉混合物a的质量计，步骤（2）煤粉混合物a中高粘煤粉占75~90%，无粘煤粉占10~25%；咖啡废水的添加量为煤粉混合物a质量的8~12%。

4.根据权利要求1所述利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤（3）圆柱形坯体的直径为40~45mm，高度为40~45mm。

5.根据权利要求1所述利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤（4）微波焙烧温度为400~550℃，时间为0.5~2h，微波功率为1~5kw。

6.根据权利要求1所述利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤（4）工业硅用复合还原剂球团的粘结指数为65~83，反应活化能为16~18 kj/mol，比电阻为3.2×105~5.6×105μω·m，强度为10~14mpa。

技术总结本发明涉及一种利用研磨介质强化不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，属于工业硅用复合还原剂制备技术领域。本发明将高粘煤粉和无粘煤粉混合均匀得到煤粉混合物A，煤粉混合物A中加入咖啡废水并进行研磨，得到煤粉混合物B；煤粉混合物B经压制成型得到圆柱形坯体；圆柱形坯体置于氩气氛围中进行微波焙烧，随炉冷却至室温得到工业硅用复合还原剂球团。本发明将咖啡废水加入混合煤粉中，使其渗透到混合煤粉的孔隙中，增大不同粘结煤之间的接触面积，并经过微波加热使咖啡废水中的有机成份和碱金属会进一步提高混合煤参与冶炼的反应速率，促进混合煤结构的交联重排，降低反应活化能。技术研发人员：陈正杰,陶成钢,程泽宁,王鹏,马文会,魏奎先,李绍元,伍继君,吴丹丹受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18