[发明专利]一种用于工业硅冶炼的硅微粉碳复合原料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于工业硅冶金技术领域，涉及一种循环利用在工业硅生产过程中所收集的硅微粉的方法，采用硅微粉与碳还原剂粉混合后经高压成型形成硅微粉—碳复合原料，用于冶炼工业硅的原料，有助于提高工业硅的产率、降低耗电量、减低生产成本。 

技术背景

工业硅是由氧化硅（SiO₂）在1800℃左右的高温下于矿热炉中经碳（C）还原而得到的，工业硅为暗灰色固体，有金属光泽，因此也常常被称为金属硅。工业硅是现代工业的一种重要的基础材料，广泛地应用于国民经济的各个领域，包括冶金、化工、电子信息、光电技术、航空航天、光伏新能源、船舶制造等领域。工业硅在当今包括高科技产业在内的现代工业中不可缺少的基础材料。 

现阶段，冶炼工业硅所采用的氧化硅一般来自于石英石，石英石则一般从石英矿中采集，所采用的还原剂（碳）则大多来采用石油焦或低灰分煤，还包括沥青焦、木炭、木块等，石油焦一般由石油化工公司生产。我国高品质石英石储量丰富，而且分布地域很广，因此全国有几百家工业硅生产企业。目前，我国工业硅的年产量达到120万吨，产能接近300万吨/年，已经成为世界最大的工业硅生产国，所生产的工业硅每年大量地出口至世界各国。 

从石英矿采集来的石英石一般需要清洗，并破碎成粒径为50~100mm的小石英石，再用水冲洗方可投入高温矿热炉中使用。还原剂一般要求碳含量高、灰分低、化学活性好，实际生产中常常采用多种还原剂搭配使用，这样能够达到更好的效果。 

工业硅是在约1800℃左右通过下列总反应式由碳将氧化硅还原而得到的， 

SiO₂ + C = Si + 2CO                                  (1)

但实际反应远比上述总反应式要复杂得多，反应式（1）实际上包括了多步中间反应过程，具体如下：

1.      当炉料（石英石和还原剂）投入炉中后不断下沉，其温度也得到上升，炉气主要成份SiO气体的分解产物一部分被吸附在还原剂的孔隙中，另一部分从炉中挥发，SiO按下列反应式分解，

2SiO = Si + SiO₂                                         (2)

2.      炉料继续下降、温度升至1820℃以上时，发生下列反应，

SiO + 2C = SiC + CO                                 (3)

SiO + SiC = 2Si + CO                                (4)

SiO₂ + C = SiO + CO                                 (5)

       当温度再升高时，发生如下反应，

2SiO₂ + SiC = 3SiO + CO                         (6)

3.      炉料进一步下降，将发生下列反应，

SiO₂ + 2SiC = 3Si + 2CO                          (7)

3SiO₂ + 2SiC = Si + 4SiO + 2CO             (8)

SiO + CO = SiO₂ + C                                 (9)

3SiO + CO = 2SiO₂ + SiC                         (10)