【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，属于二次资源利用的。
技术介绍
1、工业硅是一种重要的基础化工原料和战略性新兴材料，广泛应用于化工、电子、太阳能、合金、陶瓷、玻璃、橡胶等多个领域，2023年年产量达到375万吨，硅熔体精炼渣（简称硅渣）是工业硅吹气精炼过程中产生的固体废弃物，主要含有硅酸盐（70-76wt%）、单质硅（15-20wt%）、碳化硅（4-8wt%）等物相。当前硅熔体精炼渣主要被作为一种固体废弃物长期堆存，不仅带来了环境问题，还造成了硅资源的浪费，目前对硅熔体精炼渣回收和利用的相关专利有：一种工业硅渣中单质硅高效回收的方法（cn111232987b）；一种基于硅渣的轻质高强陶粒及其制备方法（cn116947529b）；一种工业硅渣中渣硅高效分离的方法（cn111232988b）；一种从硅渣中浮选硅的方法（cn111822154b）；一种硅渣资源化处理方法（cn113666376b）；一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法（cn116574906a）。上述的几个专利技术中，对硅熔体精炼渣回收和利用主要包括冶炼制备高纯单质硅和含硅合金，当前在现有的技术中还未涉及将这类固体废弃物用于制备高品质碳化硅。
2、碳化硅硬度高、强度大、耐高温、耐腐蚀，具有多种优异性能，在多个领域内发挥着重要作用，并具有广阔的应用前景。现有技术中已经涉及到用部分废料来制备碳化硅的记载，如cn109734098a就涉及到利用金刚线切割废料配合有机碳质还原剂来制备碳化硅，但该专利并未涉及到如何提升碳化硅的回收率
3、同时检索发现以硅熔体精炼渣为硅源，废弃石墨构件为碳源，通过先冶后选的方式，碳热还原制备碳化硅的技术还鲜有报道。为了实现硅渣的高值化回收利用，减少环境污染，提高硅资源利用率，间接降低工业硅企业生产成本，实现可持续发展，提出了本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术针对当前硅熔体精炼渣这类固体废弃物的处理现状，通过先冶后选的方式，提供一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，实现了硅熔体精炼渣的高值化处置，避免了硅资源的浪费，变废为宝，带来了产业增值，通过本专利技术制备得到的碳化硅纯度大于95%，硅熔体精炼渣中的单质硅回收利用率大于95%，同时本专利技术所得产品粒径小且粒径分布窄。
2、本专利技术一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，包括如下步骤：
3、（1）首先将硅熔体精炼渣破碎研磨得到-100目、优选为100-300目的硅渣粉末，将废弃石墨破碎研磨得到-100目、优选为100-300目的废弃石墨粉末；
4、（2）将硅熔体精炼渣粉末和废弃石墨粉末按0.5-2.5:1、优选为1-2:1、进一步优选为1.5-1.9:1的质量比进行混料；
5、（3）将步骤（2）获得的混合物料放入坩埚中，将坩埚放入高温反应炉中进行碳热还原冶炼，制备得到含碳化硅的烧结块；碳热还原的温度为1400℃-1600℃；
6、（4）将步骤（3）制备得到含碳化硅的烧结块经破碎研磨后，通过氧化除碳，得到脱碳烧结粉末；
7、（5）将步骤（4）获得的脱碳烧结粉末经酸洗、干燥后制得高品质碳化硅粉。
8、优选的，步骤（1）中硅熔体精炼渣包括但不限于工业硅熔体炉外精炼后的熔融渣、硅粉重熔后的熔融渣和/或硅粉火法精炼后的熔融渣；步骤（1）中废弃石墨构件包括但不限于由等静压石墨制成的导流筒、热场、坩埚等石墨构件。
9、本专利技术控制硅熔体精炼渣粉末、废弃石墨粉末的比例为1.5-1.9:1，是因为在这个比例内，具有较好的原料适用性，硅熔体精炼渣中的单质硅可充分反应转化为碳化硅，废弃石墨粉末也可以得到一个较充分的利用，若废弃石墨粉末用量过少会导致硅熔体精炼渣中的单质硅反应不充分，制备得到的碳化硅纯度不高，在1.5-1.9的比例内，制备得到的碳化硅纯度大于95%，硅熔体精炼渣中的单质硅回收利用率大于95%。
10、本专利技术经优化后，所得碳化硅产品的粒度呈现出一定的正态分布特征，其中d10为0.5~1μm，d50为2~5μm，d90为10~20μm。
11、优选的，步骤（3）中碳热还原反应的反应温度为1450℃-1550℃，反应时间为1-4h，反应过程中通入保护气体。本专利技术控制碳热还原反应为1450-1550℃、时间为1-4h是为了促进硅熔体精炼渣中的单质硅与废弃石墨充分反应，保证制备所得碳化硅纯度在95%以上，硅熔体精炼渣中的单质硅回收利用率大于95%。
12、作为优选，所述保护气体优选为氩气。
13、优选的，步骤（4）中除碳的温度为600-800℃，除碳时间为1-4h。
14、优选的，步骤（5）中所述酸洗为先进行一次盐酸酸洗后再进行一次硝酸、氢氟酸混酸酸洗。由于本专利技术通过先冶后选的方式，故硅熔体精炼渣中存在50%以上的硅酸盐杂质，一次盐酸酸洗可以去除绝大部分的硅酸盐杂质，硝酸、氢氟酸混酸酸洗则可去除碳化硅产物中的少量单质硅与二氧化硅，两次酸洗可减少硅酸沉淀的出现，提高杂质去除率，使碳化硅产物纯度达到95%以上。
15、优选的，所述盐酸酸洗温度为25-70℃，盐酸酸洗时间为1-4h，盐酸浓度为0.5-3mol/l。
16、优选的，所述硝酸、氢氟酸混酸酸洗过程中硝酸、氢氟酸的体积比为1-3:1、优选为2-3:1，硝酸、氢氟酸混酸酸洗温度为25-70℃、优选为40-60℃，硝酸、氢氟酸混酸酸洗时间为1-4h，硝酸浓度为0.5-3mol/l、优选为2-3mol/l，氢氟酸浓度为0.5-3mol/l。
17、本专利技术的有益效果是：
18、（1）固废资源的高值化利用，本专利技术以低附加值硅熔体精炼渣为原料制备高品质碳化硅，所添加的碳源为废弃石墨构件，也属于固废的范畴，通过本专利技术将廉价的硅熔体精炼渣及废弃石墨构件转化为附加值较高的碳化硅，碳化硅纯度大于95%；
19、（2）硅熔体精炼渣中单质硅利用率高，本专利技术中硅熔体精炼渣与废弃石墨构件之间的碳热还原反应反应充分，将硅熔体精炼渣中绝大部分单质硅转化为碳化硅，单质硅利用率大于95%；
20、（3）原料适用性强，本专利技术采用先冶后选的制备工艺，工业硅熔体炉外精炼后的熔融渣、硅粉重熔后的熔融渣和/或硅粉火法精炼后的熔融渣，由等静压石墨制成的导流筒、热场、坩埚等废弃石墨构件均可作为本专利技术的硅源和碳源；
21、（4）为硅熔体精炼渣的处置提出了新的技术方向，解决了从硅熔体精炼渣中提纯单质硅所面临的难题-碳化硅难以去除的问题，实现了变废为宝。
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1.一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：步骤（1）中硅熔体精炼渣包括但不限于工业硅熔体炉外精炼后的熔融渣、硅粉重熔后的熔融渣和/或硅粉火法精炼后的熔融渣；
3.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：步骤（3）中碳热还原反应的反应温度为1450℃-1550℃，反应时间为1-4h，反应过程中通入保护气体。
4.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：所述保护气体优选为氩气。
5.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：步骤（4）中除碳的温度为600-800℃，除碳时间为1-4h。
6.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：步骤（5）中所述酸洗为先进行一次盐酸酸洗后再进行一次硝酸、氢氟酸混酸酸洗。
7.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特
8.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：所述硝酸、氢氟酸混酸酸洗过程中硝酸、氢氟酸的体积比为1-3:1、优选为2-3:1，硝酸、氢氟酸混酸酸洗温度为25-70℃、优选为40-60℃，硝酸、氢氟酸混酸酸洗时间为1-4h，硝酸浓度为0.5-3mol/L、优选为2-3mol/L，氢氟酸浓度为0.5-3mol/L。
9.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：步骤（1）中硅熔体精炼渣包括但不限于工业硅熔体炉外精炼后的熔融渣、硅粉重熔后的熔融渣和/或硅粉火法精炼后的熔融渣；
3.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：步骤（3）中碳热还原反应的反应温度为1450℃-1550℃，反应时间为1-4h，反应过程中通入保护气体。
4.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：所述保护气体优选为氩气。
5.根据权利要求1所述的一种硅熔体精炼渣中碳化硅的再生及回收方法，其特征在于：步骤（4）中除碳的温度为600-800℃，除碳时间为1-4h。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈正杰，胡议友，张永航，胡盼盼，马文会，张亚坤，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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