精煤在工业硅生产中的应用

煤在工业硅生产中的应用田建强(遵义钛厂,贵州遵义563004)摘要:通过对工业硅牛产还原剂现状的分析,提出了用精煤代替木炭作还原剂的理论依据,并在实际牛产中得到了验证;同时还分析了精煤对产品质虽的影响以及用精煤代替木炭生产硅对精煤的质呈要求。矢键词:工业硅:还原剂;精煤的应用中图分类号:TF64513文献标识码:B文章编号:1002一1752(2002)080049■03长期以来,工业硅一直是以硅石为原料,以碳作还原剂,在矿热炉内发生还原反应制取的。多年来,我国工业硅生产企业一直使用木炭作为主要还原剂。据统计生产一吨木炭约需5吨木材,需要消料大量的森林资源,导致森林资源越來越少,严重破坯生态环境。随着环境保护,生态建设意识的增强,匡家对森林资源的禁伐,使木炭的采购越来越困难,仞格也大幅增加,使工业硅的成本不断上升,严重地影响企业经济效益。在这种情况下,采用其它碳质权料作还原剂生产工业硅势在必行。1工业硅生产工艺现状111还原熔炼用碳还原氧化硅生产工业硅,是在矿热炉内加热到1400〜2000°C的温度下,使氧化硅与碳质材料发生还原反应,主要的反应式为:SiO2+2C=Si+2COf从反应式可看出,工业硅冶炼过程中,要生成大量的气体(CO),因此,要使反应顺利进行,就要求炉料有较好的透气性,保证生成的气体能及吋排出。工业硅冶炼过程实际上是非常复杂的,在SiO?被还原的同时原材料中的杂质FezChAI2O3CaO等氧化物也被还原。其中Fez。?几乎全部还原为单质Fe;A12O3CaO等氧化物也部分地被还原为单质;未被还原的杂质沉入炉底与SiO2-•起形成结壳渣。被还原为金属的杂质在液体硅的温度下,有部分挥发掉,大部分则留在液体硅中。这部分金属杂质的多少将直接影响金属硅的质量。因此,要得到高品质的工业硅,就必须对液体硅进行精炼。112精炼原理工业硅精炼就是利用氧化性气体,如氧气或氯气,通入高温液态硅中,使其中金属杂质被氧化成氧化物或氯化物。由于这些金属氧化物或氯化物衽硅中溶解度很低,因此从液体硅中析出形成渣,或者直接挥发掉,从而达到精炼提纯的目的。根据热力学有矢数据,几种杂质在液体硅中的精炼温度下,Fe的还原性最差,最不易生成氧化物,甚至低于主体元素Si;工业硅精炼吋,只有除去杂质CaAl,而无法除去Fe。因此,原料及还原剂的铁含量对产品质量有着至矢重要的影响,需要严格控制。113常用还原剂从工业硅熔炼及精炼原理可知,理想的还原剂应具有含碳高透气性好灰分(主要是金属氧化物杂质)低等特点。此外工业硅冻炼是电炉熔炼过程,还要求原料及还原剂都要具有较低的导电性。表1列出几种还原剂的特性。表1各种还原剂比较还原剂主体碳灰分导电率透气性价格油焦高低高差较高木炭较高较低低好高煤较低高低差低从表1中可以看出,木炭是冶炼工业硅最好的还原剂,但是价格昂贵,生产成本高。石油焦具有注体碳含量高灰分低等优点,但是在高温下石黑化務度大,其导电性强,反应能力低,生产中炉料的透气性也差,炉喉部易于烧结,加工处理困难,故不宜用全油焦生产工业硅。目前国内工业硅生产企业多采用木炭与石油焦混合的方法进行生产。煤由于灰分含量高,而无法直接用于工业硅生产。但是,煤的价格是最低的,并且导电率也低,羞能经过处理,降低其中的灰分含暈及灰分中Fe2O的含量,并在生产中加入适当的添加剂以改善其逐气性,那么煤用于工业硅生产就具有光明的前景。2精煤代替木炭的可行性211煤的选择煤有烟煤和无烟媒之分。烟煤是我国分布最广,工业应用最多的煤。其特点是挥发分含量较高,燃烧时火焰较长,发热量在各类煤里面是最高的。无烟煤的组织比较坚硬,不易吸水,固定碳含量高,挥发分含量最低,但无焰煤有热裂性,在受热旳发生碎裂,高温下与石油焦相似,易于熔化,石墨化程度大,导电性增强,对熔炼过程不利。表2是烟煤和无烟煤的化学成分的比较。表2煤的化学成分类别-彳匕学成分,%灰分主耍成分,%水分挥发分灰分固定碳FC2O3AI2O3CaO烟煤2〜1020〜3510〜3050〜6010〜2018〜305〜15无烟煤2〜54〜1()15〜3070〜8015〜2510〜2010〜15从表2可看出,烟煤与无烟煤相比,除因挥发分高,而其他成分相对偏低外,没有太大的区别。但就物理性质而言,胭煤粒...

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