一种用微硅粉为原料制备工业硅精炼渣剂的方法

1.本发明涉及工业硅生产中炉外精炼技术领域，具体涉及一种用微硅粉为原料制备工业硅精炼渣剂的方法，该添加剂可加速精炼成渣，提高精炼效率和除杂效果，使品级较低的微硅粉得到有效利用，并可减少硅包中金属硅氧化进入顶渣造成的损失，属于工业硅生产和精炼领域。


背景技术：

2.微硅粉是金属硅生产过程中，从炉气烟尘中回收的粉尘，其主要成分是二氧化硅，重量占比一般大于80％。由于微硅粉中二氧化硅来源于冶炼时候挥发的硅及一氧化硅气体的氧化，使得生成二氧化硅活性高，比表面积大，应用前景广泛，但目前微硅粉大都用在建筑材料及耐火材料制造领域。微硅粉中除了二氧化硅，还含有部分炭、氧化铝、氧化钠等杂质，由于生产原料和工艺的差异，上述杂质可超过10％，甚至将近20％，使得二氧化硅含量不高的低品级微硅粉处理提纯流程繁琐，成本较高，其综合利用受到极大限制，简便、高效利用低品级微硅粉的需求强烈。
3.在工业硅生产过程中，通常需要进行炉外精炼吹氧，氧化工业硅熔体中的各种活泼金属杂质，形成氧化物熔渣去除。在吹氧精炼的过程中，金属硅会被部分氧化，生成二氧化硅，工业硅中的脱钙、脱铝产物与二氧化硅反应，生成熔渣。由于熔渣中的二氧化硅主要来自金属硅的氧化，因此会直接降低金属硅的收得率。同时，由于上述成渣流程长，成渣速率较慢，因此也造成了精炼效率的降低。


技术实现要素：

4.针对现有低品级微硅粉利用和工业硅收得率、生产效率存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种用微硅粉为主要原料制备工业硅炉外精炼用添加剂，本渣剂在工业硅炉外吹气精炼时加入硅包内，可加速成渣，提高精炼效率，调节工业硅精炼温度，提高金属硅收得率。
5.本发明实现上述目的的技术解决方案如下：
6.一种用微硅粉为原料制备工业硅精炼渣剂的方法，称取一定质量的微硅粉，以0.8-1.2倍重量加入水及微硅粉质量2％-7％的组合体得到混合物，该组合体由羧甲基纤维素钠、黄原胶、硅酸钠中的至少一种至两种组成，且羧甲基纤维素钠《4％，黄原胶《3％，硅酸钠《6％，同时加入微硅粉质量3％-7％的低铁水泥熟料及2％-5％的萤石，制成中间混合物。
7.进一步地，对所述中间混合物进行球磨制浆，球磨时间大于20分钟，球磨完成后，得到均匀分散的料浆，并对料浆喷雾干燥造粒，干燥温度范围为300-350℃。得到堆积密度小于1g/cm3的多孔空心添加剂成品待用。
8.本添加剂在工业硅炉外吹气精炼时加入硅包内，可加速成渣，提高精炼效率，调节工业硅精炼温度，提高金属硅收得率。具体表现在以下方面：
9.1)该添加剂以微硅粉为主料，二氧化硅含量超过80％，且活性较强，能迅速吸收、
同化碱性氧化物及两性氧化物杂质，迅速成渣，缩短精炼周期。且该添加剂经过制浆喷雾造粒，成分、性能均匀，堆积密度很低，可加强金属硅液面的保温，使精炼渣具有较好的冶金反应性能。
10.2)配入低铁水泥熟料及萤石后，引入了部分碱性氧化物和氟，加速冶炼初期的成渣速率，改善精炼渣的高温黏度特性。
11.3)迅速成渣后，渣中sio2大部分来自微硅粉，可替代部分金属硅的氧化，显著提高金属硅的收得率。
12.4)该添加剂采用球磨制浆、喷雾造粒的方法生产，成分、性能均匀，成分控制准确，工艺稳定性好，波动小。
13.5)该添加剂适用于硅包吹气(吹氧)精炼过程，可促进精炼初期成渣，缩短精炼周期，减少金属硅的氧化损失。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
15.图1表格列出了按照本发明所述的工业硅炉外精炼添加剂成分生产的两个实例的配料表及添加剂成品物理特性；
16.图2表格列出了两个实例工业硅的精炼时间、金属硅收得率数据。
具体实施方式
17.本发明提供一种用微硅粉为原料制备工业硅精炼渣剂的方法，本发明所述添加剂解决的技术问题为：加速成渣，提高工业硅精炼效率，调节工业硅精炼温度，提高金属硅收得率。
18.具体而言，本发明通过对微硅粉添加适当组合添加剂和少量工业/矿物原料，然后进行加工实现的。首先，称取一定质量的微硅粉，以0.8-1.2倍重量加入水及微硅粉质量2％-7％的组合体得到混合物，该组合体由羧甲基纤维素钠、黄原胶、硅酸钠中的至少一种至两种组成，且羧甲基纤维素钠《4％，黄原胶《3％，硅酸钠《6％，同时加入微硅粉质量3％-7％的低铁水泥熟料及2％-5％的萤石，制成中间混合物。
19.进一步地，对所述中间混合物进行球磨制浆，球磨时间大于20分钟，球磨完成后，得到均匀分散的料浆，并对料浆喷雾干燥造粒，干燥温度范围为300-350℃，得到堆积密度小于1g/cm3的多孔空心添加剂成品待用。
20.进一步地，其添加配方和制造工艺较佳实例为：
21.(1)加入微硅粉质量1倍的水，及微硅粉质量4.3％的组合体，5.2％的低铁水泥熟料，4.5％的萤石，料浆球磨时间25分钟，喷雾造粒干燥温度330℃，得到添加剂成品堆积密度0.85g/cm3。
22.(2)加入微硅粉质量0.9倍的水，及微硅粉质量3.7％的组合体，6.3％的低铁水泥熟料，4.1％的萤石，料浆球磨时间25分钟，喷雾造粒干燥温度330℃，得到添加剂成品堆积密度0.89g/cm3。
23.本发明所述用微硅粉为主要原料制备的工业硅炉外精炼添加剂中，各组分机理说
明如下：
24.微硅粉：为添加剂的主要组分，含80％以上的sio2，是渣中的网络形成体，与氧化钙等碱性氧化物结合可生成低熔点物质，可加速吸收金属硅中的碱性氧化物杂质。由于微硅粉中的sio2为气相氧化析出，呈非晶态，且粒度小活性高，反应能力增加，精炼成渣速率、杂质吸收的动力学条件等均有显著提高。初渣中sio2的含量大幅度提高后，可相对减少金属硅的氧化损失，提高硅的收得率。同时，微硅粉中还含有少量na2o及al2o3等碱性和两性氧化物，也可加速低熔点液相生成，利于快速成渣。
25.羧甲基纤维素钠、黄原胶、硅酸钠：由于微硅粉中sio2粒度小，比表面积大，在加工储存过程中非常容易吸水结块，加之需要添加其他矿物原料，从而容易造成产品成分不均，使精炼工艺出现波动。加入分散剂和粘结剂后，可使加入的各原料均匀分布，得到的最终添加渣剂性能稳定，并且可完全避免造粒后渣中的微硅粉等细小颗粒飘散损失。确定羧甲基纤维素钠《4％，黄原胶《3％，硅酸钠《6％。
26.虽然对羧甲基纤维素钠、黄原胶和硅酸钠三种组分单独进行了控制，但对于本发明而言，至少需要包含这三种组分中的其中一种到两种，且选定的组分组合而成的组合体质量含量为2％～7％。
27.低铁水泥熟料：为添加剂中的熔剂组分，主要成分为cao、sio2、及al2o3，在本发明所述添加剂加入至硅包内时，受热后需快速软熔成渣，因此需在微硅粉的基础上加入部分熔剂降低熔点。并且，水泥熟料已经经过高温加工，以硅酸钙、铝酸钙等物象为主，可进一步加速成渣。但是水泥熟料加入过多会增加成渣后cao及al2o3含量，阻碍精炼过程的脱钙、脱铝产物的去除。经过实验研究确定，本发明将低铁水泥熟料含量控制在3％-7％的范围。
28.萤石：主要成分为caf2，在渣中引入一定量的氟元素，可显著改善熔渣的高温黏度特性和冶金动力学。经过实验研究确定，本发明将萤石含量控制在2％-5％的范围。
29.本发明所述用微硅粉为主要原料制备的工业硅炉外精炼添加剂的原材料及要求：
30.检测原材料的化学成分，选择化学成分重量百分比满足以下要求的原材料。
31.微硅粉：sio2》82％，al2o3＜2.0％，na2o＜2.0％；
32.萤石：caf2》90％,sio2＜6.0％,s＜0.03％；
33.低铁水泥熟料：cao》55％，sio2《25％；al2o3＜10％
34.工业羧甲基纤维素钠：cmc-na＞95％；
35.工业黄原胶：自由水《5％；
36.工业硅酸钠：模数3.1-3.4，可溶固体＞95％；
37.表1列出了按照本发明所述的工业硅炉外精炼添加剂成分生产的两个实例的配料表及添加剂成品物理特性。表2列出了两个实例工业硅的精炼时间、金属硅收得率数据。
38.表1本发明所述添加剂的典型原料配比(公斤)
39.[0040][0041]
表2精炼典型参数
[0042][0043]
(总杂质脱除率指精炼前后三种杂质的总脱除率)
[0044]
本发明所述的添加剂在国内某工业硅厂用于工业硅精炼生产。结果表明，在吹气精炼过程中效果显著，可明显缩短成渣精炼时间，可缩短一半时间，金属硅收得率从92％提高至97％，杂质脱除率也显著提高。
[0045]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。