一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法

1.本发明属于冶金领域，具体涉及一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法。


背景技术：

2.工业硅又称冶金硅、金属硅、粗硅，是指以含氧化硅的矿物和碳质还原剂等为原料，经电炉熔炼制得的含si 97％以上的产物。工业硅是有色金属工业的重要组成部分，特别是被广泛地应用于冶金、化学、新能源及通讯等各个行业，主要用于配制合金、制造高纯半导体、生产硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅。并且由于其低廉的价格和简单的制备工艺成为太阳能电池的最佳原料。
3.硅渣是工业硅生产过程中和精炼过程中所产生的一种炉渣。由于硅渣黏度较大，在硅液与硅渣分离的时候难免会有单质硅被硅渣包裹其中。硅渣中单质硅质量百分含量一般在15％-30％左右，通常这些硅渣被直接堆弃或者被直接拿来铺路，不仅会造成环境污染，同时也造成了资源的严重浪费。
4.目前国内外关于工业硅渣回收的相关研究主要是以回收工业硅渣中的单质硅为研究方向；还有一些研究是关于工业硅渣的物理化学性质以及其冶炼反应过程机理；还有一部分研究则是利用工业硅渣制作成玻璃陶瓷。经过检测分析发现，工业硅渣当中的渣相部分主要为硅钙铝元素。利用工业硅渣制备硅钙铝合金/硅钙铝铁合金为工业硅渣的回收利用提供了一个新的途径，不仅将工业硅渣中残存的单质硅回收利用，其渣相中的硅钙铝元素也一并还原出来，实现了更为有效的回收。这不但实现了工业硅渣的再次利用并带来一定的经济效益，同时还可以减少固体废弃物的污染，可谓是一举数得。


技术实现要素：

5.针对背景技术中的不足，本发明提供了一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法。所述方法为工业硅渣的回收利用提供了一个新的途径，使工业硅渣得到更为有效的利用，有效解决背景技术中的问题。
6.本发明采取的方案如下：
7.一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，包含以下步骤：
8.(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉；
9.(2)将粉状工业硅渣与碳源按一定比例进行混合，用以制备硅钙铝合金；
10.或者
11.将粉状工业硅渣与碳源和含铁精矿/铁屑按一定比例进行混合，用以制备硅钙铝铁合金；
12.(3)将混合好的物料进行高温冶炼；
13.(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝合金/硅钙铝铁合金。
14.上述一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，其中：
15.优选地，步骤(1)中，所述工业硅渣为在工业硅生产过程中和工业硅精炼过程中产生的以sio
2-cao-al2o3三元氧化物为主的固体硅渣。所述工业硅渣中sio
2-cao-al2o3三元氧化物的含量大于70％。
16.优选的，步骤(2)中，所述碳源为石油焦、兰炭、煤、木炭、石墨粉中的一种或几种的混合物。
17.优选的，步骤(2)中，按照工业硅渣中硅钙铝氧化物还原所需碳量，即工业硅渣中硅钙铝氧化物中o和加入c的摩尔比为1:(0.7～1.3)的比例，且碳损率为2％～15％来将碳和工业硅渣粉料混合。
18.优选的，步骤(2)中，按照含铁精矿/铁屑量中的铁含量计算，铁加入量为工业硅渣质量的5％～30％。
19.上述制备硅钙铝铁合金的过程中，还可以将步骤(2)中的含铁精矿/铁屑移到步骤(3)中，将混合好的工业硅渣+碳源的混合料和称量好的含铁精矿/铁屑一同加入到加热设备中进行高温冶炼。
20.优选地，步骤(3)中，所述冶炼温度为1500～3000℃。
21.优选地，步骤(3)中，采用的还原方法为碳热还原法。
22.优选的，步骤(3)中，采用的加热设备包括电弧炉、感应炉和电阻炉。
23.与现有技术相比，本发明的优点在于：
24.工业硅渣一般都被用作铺路材料，或针对其中的单质硅进行进一步回收处理。本发明方法则不仅将工业硅渣中残存的单质硅回收利用，其渣相中的硅钙铝元素也一并还原出来，大大减少了固废的产生，实现了更为有效的回收，冶炼所得的硅钙铝合金/硅钙铝铁合金可以用作炼钢的脱氧剂、合金制作的添加剂等，也可用于铸造、变形加工、建筑和汽车制造等。
附图说明
25.图1为本发明利用工业硅渣制备硅钙铝合金/硅钙铝铁合金的工艺流程图。
具体实施方式
26.如图1所示，一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，操作步骤如下：
27.(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉，工业硅渣中sio
2-cao-al2o3三元氧化物的含量大于70％；
28.(2)将粉状工业硅渣与碳源，或者将粉状工业硅渣与碳源、含铁精矿/铁屑按比例进行混合；具体为：工业硅渣中硅钙铝氧化物中o和加入c的摩尔比为1:(0.7～1.3)的比例，碳损率为2％～15％来称取碳源，所述碳源为石油焦、兰炭、煤、木炭、石墨粉中的一种或几种的混合物；按照铁加入量为工业硅渣原料质量的5％～30％称取含铁精矿/铁屑；
29.(3)将混合好的物料进行高温冶炼；冶炼温度为1500～3000℃，还原方法为碳热还原法，加热设备采用电弧炉、感应炉或电阻炉；
30.(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝合金或硅钙铝铁合金。
31.实施例1
32.一种工业硅渣制备硅钙铝合金的方法，具体操作步骤如下：
33.(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉；
34.(2)将粉状工业硅渣与碳源按如下比例进行混合；具体为：工业硅渣中硅钙铝氧化物中o和加入c的摩尔比为1：0.7的比例，碳损率为5％来称取碳源，所述碳源为石油焦；
35.(3)将混合好的物料进行高温冶炼；加热温度为2000℃～3000℃，还原方法为碳热还原法，加热设备采用电弧炉；
36.(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝合金。
37.实施例2
38.一种工业硅渣制备硅钙铝合金的方法，具体操作步骤如下：
39.(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉；
40.(2)将粉状工业硅渣与碳源按如下比例进行混合；具体为：工业硅渣中硅钙铝氧化物中o和加入c的摩尔比为1：0.9的比例，碳损率为5％来称取碳源，所述碳源为石油焦；
41.(3)将混合好的物料进行高温冶炼；加热温度为2000℃～3000℃，还原方法为碳热还原法，加热设备采用电弧炉；
42.(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝合金。
43.实施例3
44.一种工业硅渣制备硅钙铝铁合金的方法，具体操作步骤如下：
45.(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉；
46.(2)将粉状工业硅渣与碳源、铁屑按如下比例进行混合；具体为：工业硅渣中硅钙铝氧化物中o和加入c的摩尔比为1：1.1的比例，碳损率为5％来称取碳源，所述碳源为兰炭；按照铁加入量为工业硅渣原料质量的5％称取铁屑；
47.(3)将混合好的物料进行高温冶炼；加热温度为2000℃～3000℃，还原方法为碳热还原法，加热设备采用电弧炉；
48.(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝铁合金。
49.实施例4
50.一种工业硅渣制备硅钙铝铁合金的方法，具体操作步骤如下：
51.(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉；
52.(2)将粉状工业硅渣与碳源按如下比例进行混合；具体为：工业硅渣中硅钙铝氧化物中o和加入c的摩尔比为1：0.9的比例，碳损率为7％来称取碳源，所述碳源为石油焦；
53.(3)将混合好的物料和称量好的铁屑进行高温冶炼；按照铁加入量为工业硅渣原料质量的10％称取铁屑；加热温度为2000℃～3000℃，还原方法为碳热还原法，加热设备采用电弧炉；
54.(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝铁合金。
55.实施例5
56.一种工业硅渣制备硅钙铝铁合金的方法，具体操作步骤如下：
57.(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉；
58.(2)将粉状工业硅渣与碳源、含铁精矿按如下比例进行混合；具体为：工业硅渣中硅钙铝氧化物中o和加入c的摩尔比为1：0.9的比例，碳损率为7％来称取碳源，所述碳源为石油焦；按照铁加入量为工业硅渣原料质量的15％称取含铁精矿；
59.(3)将混合好的物料进行高温冶炼；加热温度为2000℃～3000℃，还原方法为碳热还原法，加热设备采用电弧炉；
60.(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝铁合金。
61.实施例6
62.一种工业硅渣制备硅钙铝铁合金的方法，具体操作步骤如下：
63.(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉；
64.(2)将粉状工业硅渣与碳源、铁屑按如下比例进行混合；具体为：工业硅渣中硅钙铝氧化物中o和加入c的摩尔比为1：0.9的比例，碳损率为10％来称取碳源，所述碳源为石油焦；按照铁加入量为工业硅渣原料质量的15％称取铁屑量；
65.(3)将混合好的物料进行高温冶炼；加热温度为2200℃，还原方法为碳热还原法，加热设备采用电阻炉；
66.(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝铁合金。
67.取实施例2所制得的硅钙铝合金，对其进行成分检测，结果如下表1所示：
68.表1制备的硅钙铝合金主要成分
[0069][0070][0071]
取实施例4所制得的硅钙铝铁合金，对其进行成分检测，结果如下表2所示：
[0072]
表2制备的硅钙铝铁合金主要成分
[0073][0074]
由上述可知，实施例4中所制得的硅钙铝铁合金接近gb/t 2272-2020中的pg fesi65标准，进一步除杂即可使用。
[0075]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围不局限于此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉；(2)将粉状工业硅渣与碳源按比例进行混合，用以制备硅钙铝合金；或者将粉状工业硅渣与碳源和含铁精矿/铁屑按比例进行混合，用以制备硅钙铝铁合金；(3)将混合好的物料进行高温冶炼；(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝合金或硅钙铝铁合金。2.根据权利要求1所述的一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，其特征在于步骤(1)中，所述工业硅渣中sio
2-cao-al2o3三元氧化物的含量大于70％。3.根据权利要求1所述的一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，其特征在于步骤(2)中，所述碳源为石油焦、兰炭、煤、木炭、石墨粉中的一种或几种的混合物。4.根据权利要求1所述的一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，其特征在于步骤(2)中，按照工业硅渣中硅钙铝氧化物中o和加入c的摩尔比为1:(0.7～1.3)的比例，且碳损率为2％～15％来将碳和工业硅渣粉料混合。5.根据权利要求1所述的一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，其特征在于步骤(2)中，按照含铁精矿/铁屑量中的铁含量计算，铁加入量为工业硅渣质量的5％～30％。6.根据权利要求1所述的一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，其特征在于步骤(3)中，所述冶炼温度为1500～3000℃。7.根据权利要求1所述的一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，其特征在于步骤(3)中，采用的还原方法为碳热还原法。8.根据权利要求1所述的一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，其特征在于步骤(3)中，采用的加热设备为电弧炉、感应炉或电阻炉。

技术总结
一种工业硅渣制备硅钙铝合金或硅钙铝铁合金的方法，属于冶金领域，所述方法主要包含以下步骤：(1)将工业硅渣进行破碎和磨粉；(2)将粉状工业硅渣与所选择的碳源/含铁精矿/铁屑按一定比例进行混合；(3)混合好的物料进行高温冶炼；(4)出炉静置冷却后，破碎包装即得硅钙铝合金或硅钙铝铁合金。本发明方法为工业硅渣的回收利用提供了一个新的途径，可使工业硅渣得到更为有效的利用，减少了工业硅渣固体废弃物的污染问题。弃物的污染问题。弃物的污染问题。


技术研发人员：邢鹏飞 胡俊彦 杜红兵 王宏 王帅 庄艳歆 都兴红
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/13