硅砂造粒体及其制造方法技术

为了代替制造金属硅时通常用作原料的硅石，本发明专利技术提供了具有可进行与硅石同样的处理的尺寸及强度的硅砂造粒体、以及用于有效制造该硅砂造粒体的方法。硅砂造粒体的特征在于，其是将钙化合物作为结合剂由硅砂成形的、平均粒径为5～100mm、抗碎强度为200～100,000N的造粒体，所述硅砂造粒体可以通过使钙化合物与硅砂表面接触而进行造粒来得到。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及新型的硅砂造粒体。具体地提供下述，该硅砂造粒体具有可进行与制造金属硅时通常用作原料的硅石同样的处理的性状、能够在金属硅的制造中代替硅石。
技术介绍
一般金属硅如下得到:原料使用作为硅源的硅石以及作为还原材料的木炭、焦炭、煤、木屑等，它们的混合物在电弧炉内约2000°C下将硅石还原。上述硅石通常使用尺寸为5mm 200mm的娃石。这是为了确保炉内的透气性。S卩，上述电弧炉内，由于娃石的还原反应的过程中以气相形式生成了一氧化碳(CO)气体和一氧化硅(SiO)气体，因此需要将它们的全部或一部分透过上述原料层放出。作为上述硅石的主要成分的二氧化硅(SiO2)的还原反应主要按照下述式(I)进行。S i 02+2C — Si+2C0 (I)然而，认为实际上反应是复杂的，可分解为如下述的各基元反应，这些基元反应并行发生。Si02+C — Si0+C0 (2) Si0+2C — SiC+CO (3)Si02+3C — SiC+2C0 (4)SiO+SiC — 2Si+C0 (5)Si02+2SiC — 3Si+2C0 (6)SiO+C—Si+CO(7)SiC+Si02 — Si+SiO+CO (8)Si+Si02 —2Si0(9)如此，电弧炉内温度范围下的凝聚相为5102、(:、51(:、51，气相为0)、510。另外，由炉内电极前端附近的高温部基于式(2)的反应生成SiO气体。并且，关于原料层的上部，生成的SiO气体、CO气体上升而从层的间隙被排出时，作为其通路的间隙的壁面附着了下述反应生成的析出物。3Si0+C0 — Si02+SiC (10)2Si0—Si+Si02(11)另一方面，相比于硅石，由于硅砂的资源量丰富且开采容易，因此具有能够代替硅石作为金属硅的原料的较大优势。然而，相比于硅石，将硅砂作为原料时空隙变少，由前述式(10)、(11)的反应生成的析出物附着时，相比上述硅石，空隙显著减少，担心难以排出电弧炉内的反应中生成的C0、Si0气体。另外，由式(2) (8)可知，CO发生滞留时会阻碍反应的进行。其还会使SiC在炉底沉降固化而成为操作故障的原因。因此，作为供给电弧炉的金属硅的原料，需要将硅砂造粒，以便具有与硅石同等的大小、强度的性状。对此，专利文献I记载了:将硅砂与含石油焦炭及浙青的结合剂这样的非烧结碳载体混合固化来形成生颗粒(green pellet)，对其进行固化加热处理从而形成电弧炉中的装填原料颗粒。然而，由于通过上述固化加热处理使得结合剂不熔化是从表面进行的，因此颗粒尺寸变大时使得直至内部不熔化较困难，将其作为装填原料投入电弧炉内的情况下，颗粒内部未不熔化的浙青随着温度上升而软化使得抗碎强度降低，存在颗粒崩解的可能。并且，由于颗粒的崩解，原料层内部的透气性降低，难以排出电弧炉内反应中生成的CO、SiO气体。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特公平05-000335号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题因此，为了代替制造金属硅时通常用作原料的硅石，本专利技术的目的在于提供具有可进行与硅石同样的处理的尺寸及强度的硅砂造粒体、以及用于有效制造该硅砂造粒体的方法。用于解决问题的方案本专利技术人等针对上述目的进行深入研究，结果发现，采用具有特定的平均粒径及抗碎强度的硅砂造粒体可实现所述目的。得到下述见解:造粒体结构中，使与SiO2有反应性的无机物质介于硅砂颗粒间时，即使进行较低温的加热处理也能够提高强度；另外，还能够解决高温下的强度降低的问题，通过选择碱土金属化合物作为上述无机物质、典型的是钙化合物或镁化合物，可实现所述目的，并且通过使用碱土金属化合物，发现将该造粒体用作上述硅制造用原料时，能够显著提高所得到的金属硅的纯度，从而完成本专利技术。即，本专利技术的硅砂造粒体的特征在于，其是由硅砂成形而成的，该硅砂造粒体的平均粒径为5mm 200mm、抗碎强度为200N 100，000N。上述硅砂造粒体中，优选将碱土金属化合物用作结合剂进行成形。作为该碱土金属化合物，优选钙化合物、镁化合物或它们的混合物。对于将碱土金属化合物用作结合剂的硅砂造粒体，为了维持硅砂造粒体的高强度且提高硅砂造粒体自身的纯度，优选的是，碱土金属原子与Si原子的比(M2/Si)为0.001 0.04。例如，对于将钙化合物用作结合剂的硅砂造粒体，为了维持硅砂造粒体的高强度且提高硅砂造粒体自身的纯度，优选的是，钙原子与Si原子的比(Ca/Si)为0.001 0.04。本专利技术中，优选构成上述硅砂造粒体的硅砂中SiO2含量为97重量％以上。另外，上述硅砂优选使用粒径处在小于1400 U m的范围的硅砂。其中，使用粒径处在小于75 ii m的范围的相对颗粒量(重量)为25% 70%的硅砂的情况下，通过与前述结合材料的作用能够采用低温度的加热处理得到高强度的造粒体，特别优选。此外，粒径处在150 u m以上且小于1400 u m的范围的相对颗粒量为10% 50%的硅砂可不粉碎作为原料硅砂、或者可通过利用轻度粉碎的处理使用一部分的硅砂，是经济的。其中，粒径处在小于1400 U m的范围的相对颗粒量为100%。上述硅砂造粒体中，优选的是，硅砂造粒体所含的碱金属原子与Si原子的比(M1/Si)小于 0.01。上述娃砂造粒体可以通过将娃砂造粒而使平均粒径为5mm 200mm、抗碎强度为200N 100，000N 地制造。对于上述硅砂造粒体，优选的是，可通过使钙化合物等碱土金属化合物接触硅砂表面而进行造粒来制造。此情况下，为了进一步提高所得到的硅砂造粒体的强度，优选的是，在水的存在下进行上述硅砂与钙化合物等碱土金属化合物的接触而造粒，然后将造粒体加热到100°C 1600°C的温度。另外，作为上述碱土金属化合物，适合使用:氢氧化钙、碳酸钙、氧化钙、硫酸钙等钙化合物；氢氧化镁、碳酸镁、氧化镁、硫酸镁等镁化合物；或者它们的混合物。此外，上述制造方法中，优选的是，相对于100重量份硅砂，钙化合物等碱土金属化合物的使用比例为0.1重量份 5重量份。另外，本专利技术中使用的硅砂可以使用通过粉碎而被调整至平均粒径Ium 200 iim的范围的硅砂。本专利技术的硅砂造粒体适合用作金属硅、硅铁或碳化硅的制造中的硅源。作为金属硅的制造方法，特别适合采用将本专利技术的硅砂造粒体作为硅源的至少一部分供给电弧炉进行还原反应的方法。另外，作为金属硅的制造方法，可列举出包括下述工序的方法:将娃砂成形而制作平均粒径为5mm 200mm、抗碎强度为200N 100，000N的娃砂造粒体的工序；以及将该硅砂造粒体作为硅源的至少一部分供给电弧炉进行还原反应的工序。专利技术的效果本专利技术的硅砂造粒体的抗碎强度达到200N以上，所述强度使得在电弧炉内装填为原料层时，即使进行与硅石同样的处理也不会因来自上部的负荷而崩解，能够可靠地确保上述层中的空隙。并且即使在高温下，上述强度也不会大幅降低，能够稳定地进行反应。推测上述硅砂造粒体的高强度化是因为:通过将典型的碱土金属化合物(例如钙化合物或镁化合物)用作结合剂进行造粒，碱土金属与硅砂颗粒表面的SiO2成分反应，作为其反应产物的硅酸钙使硅砂颗粒间牢固地结合。另外，将本专利技术中得到的硅砂造粒体用作金属硅的原料的情况下，在电弧炉内还原并熔融的金属硅被从炉中排出而凝固时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：今澄诚司，福山良树，藤波恭一，
申请(专利权)人：株式会社德山，
类型：
国别省市：