[发明专利]一种工业硅生产用褐煤半焦还原剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种工业硅生产用褐煤半焦还原剂及其制备方法，属于冶金化工技术领域。该工业硅生产用褐煤半焦还原剂呈扁球体，长30～40mm、宽25～30mm以及厚15～30mm，抗压强度>5MPa；还原剂中固定碳>80wt%、挥发分3～15wt%、水分<5wt%、灰分<4wt%；灰分中含Fe<2.4wt%；高温比电阻（1100℃）>3500μΩ•m；还原剂反应性(1100℃)为80～90%。采用褐煤快速炭化－褐煤半焦细磨－地沟油团聚选择性絮凝深度脱灰－热压成型的方法制备得到工业硅生产用褐煤半焦还原剂。本发明制备得到的新型褐煤半焦还原剂原料价格低廉、来源广泛、杂质脱除效果好、产品定型、性能与木炭相似。

技术领域

本发明涉及一种工业硅生产用褐煤半焦还原剂及其制备方法，属于冶金化工技术领域。

背景技术

木炭是电炉炼硅中使用的重要还原剂，目前电炉炼硅使用的还原剂为木炭。生产1吨硅固定碳需要量约1.20t。近年来，随着国家对环境保护的日趋严格，保护森林资源已成为大家的共识，因此伐木烧炭已受到控制，木炭货源紧张，价格上涨，严重影响了炼硅企业的经济效益。为了解决炼硅行业还原剂资源紧缺及成本高等问题，国内外科技工作者提出了许多解决方法，主要有寻求木炭的替代品和减少炼硅过程中木炭的用量两种方案。在木炭的替代品方面，主要有用石油焦、烟煤做还原剂。在减少木炭的使用量方面，主要有使用木炭、石油焦和烟煤组成混合还原剂，以石油焦和烟煤部分代替了木炭。

1、石油焦的价格较木炭便宜，同时石油焦在各种炭质原料中灰分最少，固定碳含量可达90%以上，但是石油焦随温度的升高而迅速变为大晶粒的石墨结构，导电性增强，反应能力降低，全部使用石油焦作还原剂，虽能熔炼工业硅，但生产中炉料的透气性差，炉喉部易于烧结，加工处理困难，使熔炼的难度增大，电耗增高。

2、采用烟煤作还原剂，其电阻大，反应能力强，其化学活性几乎相当于石油焦的5倍，而且价格便宜，主要问题是烟煤使用量大，会导致料面烧结，炉料透气性差，另外烟煤的灰分含量高，会降低产品硅的质量。

3、用烟煤与石油焦部分替代木炭用于金属硅的冶炼，可降低工业硅生产的成本，但混合用料，由于各还原剂的理化性质差异大，在熔融还原层会发生还原剂的偏析，各还原剂的消耗速度不一致，导致混合还原剂用量大，电耗高。且必须加入木块及木炭，因烟煤、石油焦粒度小，需用木块及木块解决炉料透气性问题。

由于煤的价格较木炭、木块的低，如采用一种新型煤基还原剂完全取代木炭用于工业硅生产，则具有重要的社会效益和经济效益。特别是云南省在工业硅产业集中区域，缺乏烟煤，但褐煤资源丰富，具有很大的开发潜力。但直接将煤应用于金属硅的生产会出现一系列的问题，其中最主要问题是灰分过高，针对煤脱灰问题，已有一些煤脱灰的方法：

（1）浮选：在充气的煤浆中，矿粒与气泡相互碰撞，煤粒表面润湿性差，碰撞时粘附到气泡上，被气泡带至水面，形成矿化泡沫，矸石表面润湿性好，碰撞时不与气泡附着，仍留在矿浆中。将泡沫和矿浆分别排出，即可得到精煤和尾煤。但此方法只针对一定粒度的煤颗粒具有效果，对细颗粒的煤浮选效果差。而煤粒越细，煤中有机质与脉石才能充分解离，才能得到深度脱灰后的低灰煤。

（2）重介选：其原理是阿基米德原理，即浸没在重介质中的颗粒受到的浮力等于颗粒所排开的同体积的介质重量。煤的重量一般较煤矸石的重量轻，浮于介质中上层，矸石通常沉在底部，从而达到煤与灰脱离的效果。重介选不适合处理细粒煤，故也不能选出低灰煤。

（3）电选：利用煤与其他矿物及物料性质不同，使煤与其中的矿物杂质相互接触、碰撞和摩擦，或使其与某种材料做成的给矿槽摩擦，产生大小不同而符号相反的电荷，然后给入到高压电场中，由于矿粒带电符号不同，产生的运动轨迹也不同，从而使煤与其他矿物质分开来。该方法能耗大、效率低、生产成本高。