一种工业硅的冶炼方法技术

本发明专利技术提供了一种工业硅的冶炼方法。该工业硅的冶炼方法包括：a、将石油焦颗粒与氧化剂、插层剂混合均匀，并在25-65℃的温度下反应；b、将步骤a的反应产物在处理剂的水溶液中浸渍，然后过滤；所述处理剂为钾化合物和/或钠化合物，得到改性石油焦颗粒；c、将硅石与还原剂混合，然后进行冶炼热处理；其中，所述还原剂包括所述改性石油焦颗粒和未改性的石油焦颗粒。通过该方法冶炼工业硅时炉料透气性和反应性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
工业硅是信息、新能源、新材料产业最基础的功能性材料。以其为基础衍生的工业产品，品种繁多，涉及的领域广泛，被誉为“魔术金属”、“工业味精”。其主要应用领域有四方面一是用作冶炼铝材和钢材的添加剂，二是用于合成各种有机硅材料，三是经提纯后生成电子级高纯工业硅和太阳能级高纯工业硅，四是用于制造半导体硅、硅陶瓷、碳化硅、氮化硅等新材料。而且，随着科学技术的发展，工业硅的应用领域还将进一步扩大。一直以来，工业硅是以碳热还原法制备而得，即将硅石和炭还原剂破碎至合适的粒度，按一定的比例混合后投入矿热炉中冶炼得到工业硅。还原剂早期是以木炭为主，添加少量的石油焦，生产一吨工业硅消耗的木炭可高达1. 5吨甚至更高，消耗了大量的森林资源、造成了生态环境的破坏。随着木炭资源的日益枯竭，以及国家保护森林资源的相关政策和措施的实施，限制了工业硅生产企业大量使用木炭。上世纪60年代中期以后，开始使用木炭、石油焦和烟煤混合作为还原剂。70年代以后，采用木块取代部分木炭作为还原剂以扩大石油焦和烟煤的配比，同时木块也作为疏松剂以解决石油焦带来的透气性不好的问题。中国专利申请CN1876567公开了一种以石油焦和烟煤为还原剂、以木块为疏松剂冶炼工业硅的方法，该方法或多或少加入了木块，消耗了木材，从保护森林资源的角度上看，这一方法存在不足。从冶炼产品的角度上看，由于石油焦是所有还原剂中灰分含量最少的，以全油焦作为还原剂生产工业硅有利于产品品位的提高。另外，石油焦固定碳含量高、来源广泛、价格便宜等都有利于其作为冶炼工业硅的还原剂使用。因此，以石油焦取代木炭作为还原剂，在保护森林资源同时提高了产品的品位，可得到低成本、高品位的工业硅产品。然而，以石油焦作为还原剂，不利于反应副产物CO的逸出和对反应中间产物SiO的吸附；另外，石油焦反应性弱，不利于生产效率的提高。因此，以全油焦作为还原剂冶炼工业硅，必须解决全油焦冶炼时透气性差、反应性较差的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术中全油焦冶炼生产工业硅时，炉料透气性和反应性差的问题，本专利技术提供了。通过该方法冶炼工业硅时炉料透气性和反应性好。本专利技术公开的工业硅的冶炼方法包括a、将石油焦颗粒与氧化剂、插层剂混合均勻，并在25-65°C的温度下反应；b、将步骤a的反应产物在处理剂的水溶液中浸渍，然后过滤；所述处理剂为钾化合物和/或钠化合物，得到改性石油焦颗粒；C、将硅石与还原剂混合，然后进行冶炼热处理；其中，所述还原剂包括所述改性石油焦颗粒和未改性的石油焦颗粒。本专利技术提供的全油焦冶炼工业硅的方法，采用的还原剂包括所述改性石油焦颗粒和未改性的石油焦颗粒，并且不添加任何木炭或者是木质材料，有效地保护了森林资源。同时，由于石油焦的灰分在已知还原剂中是最低的，使用全油焦冶炼有利于产品品位的提高。专利技术人发现，石油焦颗粒经过氧化剂和插层剂的处理，再结合处理剂的浸渍，可使石油焦颗粒形成良好的孔隙结构，并且经过上述处理剂处理后，大大提高了石油焦的反应性。投入矿热炉的还原剂包括改性石油焦颗粒和未改性的石油焦颗粒，通过改性石油焦颗粒和未改性的石油焦颗粒的共同作用，在冶炼过程中随着炉料的下沉，温度的升高，改性石油焦颗粒体积增大，有利于反应气体CO的逸出，同时有利于对冶炼中间产物SiO的吸附，促进了反应的进行，从而大大提高了硅的产率。具体实施例方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术公开的工业硅的冶炼方法包括a、将石油焦颗粒与氧化剂、插层剂混合均勻，并在25-65°C的温度下反应；b、将步骤a的反应产物在处理剂的水溶液中浸渍，然后过滤；所述处理剂为钾化合物和/或钠化合物，得到改性石油焦颗粒；C、将硅石与还原剂混合，然后进行冶炼热处理；其中，所述还原剂包括所述改性石油焦颗粒和未改性的石油焦颗粒。本专利技术公开的冶炼方法中，所述石油焦颗粒为本领域技术人员所公知的物质。其为原油经蒸馏将轻质油分离后，重质油再经热裂转化而成的产品。例如可以采用海绵焦，海绵焦其微观结构好，微孔较多，对中间产物SiO的捕受能力强，有利于提高出硅率。进一步的，为了更好的提高冶炼过程的反应性，所述石油焦颗粒的粒度为30-150目，固定碳含量彡90%，灰分< 0. 3%，优选为石油焦颗粒的粒度为50-100目，固定碳含量为彡92%，灰分为< 0. 2%。本专利技术中，对石油焦颗粒进行改性处理时，包括将石油焦颗粒与氧化剂、插层剂混合。上述氧化剂为本领域公知的，例如可以为浓度20-40wt%的H2A溶液或/和浓度为40-68Wt%的HNO3溶液。进一步的，所述插层剂优选为浓度为80-98Wt%的溶液。步骤a中进行混合时，各组分含量可以在较大范围内变动，优选情况下，每Ig石油焦颗粒与0. 4-1. 2ml的上述氧化剂和l_5ml的上述插层剂混合，进一步优选为每Ig石油焦颗粒与0. 7-1. Oml的上述氧化剂和2-細1的上述插层剂混合。将石油焦颗粒与氧化剂、插层剂混合均勻后，在25-65°C的温度下进行反应，对石油焦颗粒的结构进行改性。优选情况下，所述反应的时间为1-3小时。为了减少上述氧化剂和插层剂对后续处理的影响，还可以对上述反应后的产物采用去离子水进行清洗。清洗至PH为7后，将产物干燥备用。根据本专利技术，经过步骤a处理后，将步骤a的反应产物在处理剂的水溶液中浸渍。上述处理剂钾化合物和/或钠化合物。钾化合物可以采用现有技术中的各种含钾的化合物，例如可以为钾盐、钾的氢氧化物等，优选情况下，所述钾化合物为钾盐，进一步优选为碳酸钾。同样的，钠化合物可以采用现有技术中的各种含钠的化合物，例如可以为钠盐、钠的氢氧化物等，优选情况下，所述钠化合物为钠盐，进一步优选为碳酸钠。在该处理剂的水溶液中，处理剂的含量为5-20wt%，优选为8-15wt%。上述含量为处理剂的总含量，即当处理剂同时含有钾化合物和钠化合物时，上述含量范围为钾化合物和钠化合物的总含量，同时，钾化合物和钠化合物的含量相互之间没有限制。优选情况下，所述步骤b中，浸渍时间为5-15min。专利技术人发现，经过前述氧化剂和插层剂处理过的石油焦颗粒，再采用上述处理剂的水溶液进行浸渍，使钾或钠与石油焦颗粒中间片层排列有序化程度较高的结构构成层间化合物，使层间距离增大，产生体积膨胀，导致气孔壁疏松，裂纹增多。同时，经过上述综合处理还可降低碳溶反应的开始反应温度，使反应提前，提高改性石油焦颗粒的反应性。在上述浸渍步骤中，将经过步骤a处理过的石油焦颗粒浸没于处理剂的水溶液中即可。当浸渍完成后，将石油焦颗粒过滤出来，即得到改性石油焦颗粒。进行冶炼时，需要对硅石进行还原。在步骤c中，将硅石与还原剂混合，然后进行冶炼热处理。即可得到产物硅。其中，硅石为本领域技术人员所公知的物质，其主要成分为二氧化硅。本专利技术中采用硅石作为硅源。本专利技术的硅石优选二氧化硅纯度大于99wt%的硅石。本专利技术中，还原剂同时采用上述改性石油焦颗粒和现有技术中常用的未经改性处理的石油焦颗粒。通过改性石油焦颗粒和未改性的石油焦颗粒的共同作用，保证冶炼过程更有效的进行，并且，大大提高产率。上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈益顺，司雷，周勇，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：