生产工业硅对原材料的要求

生产工业硅对原材料的要求生产工业硅对原材料的要求 一 对硅石的技术要求 工业硅冶炼对硅石的要求是 杂质含量少 机械强度大 吸水率低和有 足够的热稳定性 1 对硅石化学成份的要求 SiO2 99 55 Fe2O3 0 10 Al2O3 0 20 CaO 0 15 2 除化学成份外不能混有泥土 杂石 尤其铁质夹杂物和严重超标的硅 石等 硅石在破碎 水洗后要严格进行手选 清除不应有的夹杂物和 不合格的矿石 以达到工业硅质量的要求 3 对硅石物理性质的要求 1 硅石要有足够的热稳定性 如果热稳定性不好 在料面上部受 热时会很快破裂 易使炉料粘结 料层透气性差 出现刺火 SiO2 粉尘增加从而使物料单耗增加导致产量下降 所以没有化 验认证的硅石不能投入使用 2 硅石吸水率要低 否则将带入炉内大量水份 水份受热蒸发要 吸收大量的热量 使电耗增加 3 硅石的机械强度要大 不然在破碎 搬运 碰撞时容易碎裂 达不到所需的粒度 不但影响炉子的正常运行而且使硅石的损 耗增加 4 对硅石的粒度要求在 2 8mm 大于或小于不能超过 5 反之会给 生产带来很大的影响 1 硅石粒度过大 在料层中与还原剂接触的面积变小 降低反应速 度 使部分硅石来不及反应就下沉炉底形成粘渣 增加出炉困难 使炉底上涨 另一部分因炭量过剩 生成过量的碳化硅使坩锅壁结 壳过厚 2 硅石粒度过小 不易洗净 杂质增多 降低产量 并且使耐火性 能差 使料面粘度大 透气性不好 影响反应速度 造成 刺火 产量下降 建设工业硅厂的主要影响因素 1 电 电量和电价是工业硅生产的最主要因素 吨耗电 12000 度以上 因此建设工业 硅装置必须在有充足电量保证并且电价较低的地方进行 如云南大关 或者雅 安石棉 2 硅石 硅石是硅质原料的统称 有石英砂岩 石英岩 脉石英 交代硅质角岩和石英 砂等 在工业硅生产中使用的硅石应符合以下要求 1 二氧化硅含量不小于 97 最好的 98 以上 最好为 98 以上 2 形成炉渣的杂质 三氧化二铁 氧化铝 氧化镁 氧化钙等 的 数量尽可能少 3 五氧化二磷 氧化钛等含量不大于 0 02 4 硅石中不应带有黏土杂质 粒度为 25 150mm 5 当破碎或加热时 硅石应有足够的强度 含碳高的硅石不适合冶 炼 含有 0 5 0 7 由于加热时它们产生爆裂 从而影响炉料的透气性 要 求硅石抗爆性要好 硅石中的三氧化二铝是一种有害物质 含三氧化二铝高的硅石会使炉料烧结 渣量增加且难以排除 同时工业硅中含铝量增高 含铝量高的工业硅不利于多 晶硅的生产 磷和钛同样是有害杂质 原料中的三氧化二磷 氧化钛大部分 80 进入工业 硅 使产品易于粉化 并对下游产品生产的催化剂有害 三氧化二铁 氧化钙 氧化镁也是成渣氧化物 同样影响产品质量 影响炉况 运行 对硅石中氧化铁的还原使电耗略有增加 原料中有多少铁就带进产品多 少铁 并且无法除去 所以硅石中的铁需要严格控制 产地不同的硅石配合使用可以提高硅石的反应活性 降低单耗 增加产量 同 时可控制硅石中各种金属成分含量 3 碳质还原剂 碳质还原剂 石油焦 半焦 低温焦 低灰分烟煤 木炭 或木块 玉米芯 甘蔗渣 椰子壳 松塔等 是生产工业硅的主要还原剂 碳质还原剂的物理化学性质和粒度大小 对工业硅的熔炼指标和质量影响很大 1 化学成分 在碳质还原剂化学成分中 主要应该考虑的是固定碳 灰分 挥发份 和水分 固定碳要高 固定碳越高 还原同样数量的硅石消耗的还原剂就越少 由还原 剂带入炉内的杂质就越少 但太高时碳质还原剂活性的降低不利于冶炼反应 如固定碳很高的无烟煤不是理想的工业硅还原剂 灰分要低 灰分主要由三氧化二铝 氧化钙 二氧化硅 三氧化二铁等氧化物 构成 其中二氧化硅 三氧化二铝 氧化钙占相当大的比例 灰分过高 易使 炉内料面渣化烧结 影响料面透气性 灰分过高还是电炉渣量增加 炉渣变黏 的重要原因 炉内渣量增加 炉渣变黏 难以排除 将使炉况恶化 电能和原 料消耗增加 同时工业硅中相当一部分铁 铝 磷 来源于灰分中的氧化物 因此碳质还原剂的灰分高低将严重影响工业硅的质量和技术经济指标 要求碳 质还原剂灰分越低越好 挥发份适中 碳质还原剂中的碳元素除以固定碳形式存在外 尚有部分以碳氢 化合物 挥发份 形式存在 挥发份高的碳质还原剂 一般来说机械强度较低 同时在加热过程中易于挥发外逸 从保证有高的固定碳和一定的机械强度考虑 应要求挥发份较低 但考虑到挥发份高的碳质还原剂 比电阻通常较高 而这 一点对工业硅的冶炼是相当重要的 有利的 因此 对碳质还原剂的挥发份不 做过分限制 以适中为好 水分要低 水分取决于还原剂的种类 结构 运输条件和储存条件 碳质还原 剂水分含量波动 是造成炉况波动和恶化的重要原因 为此 要求碳质还原剂 水分含量稳定并小于 6 2 电阻率和反应能力 电阻率要高 在冶炼过程中 炉内保持足够大的高温区是炉况顺利运行和取得良好技术经济 指标的重要条件 炉料电阻 特别是碳质还原剂的电阻是影响电极插入深度的 一个重要原因 电阻率大 电极插得深而稳 可扩大坩埚区 热损失少 有利 于提高电炉的生产能力和降低电耗 为了保证电极有足够的插入深度 必须使 用电阻率大的碳质还原剂 碳质还原剂的电阻率除与还原剂的粒度有关外 主要与还原剂的种类和本身的 结构有关 木炭 烟煤的电阻率较高 气孔率是碳质还原剂结构的重要标志 气孔率大的还原剂电阻率大 表面积大 吸附气体的能力强 化学活性好 因此 要求还原剂具有较大的气孔率 木炭 气孔率高达 70 以上 石油焦为 30 35 烟煤为 1 20 反应能力要强 碳质还原剂的反应能力与气孔率和碳化程度 高温下是否易石墨化有关 气孔 率大 碳化程度不高 高温下不易石墨化的碳质还原剂 具有较强的反应能力 木炭 烟煤 半焦的反应能力强 石油焦的反应能力较弱 粒度组成合适 粒度组成是影响炉料比电阻和透气性的重要因素 粒度大的碳质还原剂比电阻 小 加入炉内时 炉料的导电性强 电极下插困难 电炉热损失增加 此外 粒度大 则反应表面小 还原能力相应较低 因此 将粒度过大的还原剂加入 炉内是极其有害的 粒度小的碳质还原剂比电阻高 反应表面大 加入炉内有 利电极深插 有利于还原反应进行 但粒度过小或粉状还原剂加入炉内时 碳 吹损 烧损严重 造成原料因素的缺碳状态 易使料面烧结 料面透气性变坏 机械强度 机械强度低不但由于破碎损失大 使产品成本增加 而且入炉后继续破裂 会 影响料面透气性 根据工业硅生产对碳质还原剂的要求 结合碳质还原剂本身 的特点 可以看出木炭是最理想的碳质还原剂 但由于价格 来源 固定碳低 机械强度差的原因 因而常与化学纯度较高的石油焦 低灰分煤配合用于冶炼 高纯的难还原的工业硅 低灰分煤 半焦等碳质还原剂 具有较好的物理化学 性能 但机械强度较差 石油焦 低灰分煤很少单独使用 通常配有木块 玉 米芯 甘蔗渣 松塔等增加炉料的透气性 木炭是一种优质的碳质还原剂 机制木炭含有很低的灰分 通常小于 3 具 有很高的反应能力和极大的比电阻 炉料中木炭的存在减少了炉料的烧结 通 常木炭的成分包括 13 水分 18 挥发份 68 固定碳和 1 灰分 但由于木炭成 本高 所以木炭只在生产电子级工业硅的企业大量使用 碳质还原剂成分粒度要求 名称 挥发份 灰分 固定碳 粒度 mm 低灰分烟煤 35 3 60 5 20 石油焦 12 16 1 85 0 13 木块 玉米芯等 26 45 3 30 65 20 20 50 木炭 25 30 2 60 75 10 10 50 各还原剂的配比应根据还原剂来源和操作情况而定 4 电极 石墨电极是工业硅生产应用较早的电极 在小电炉上使用较多 但由于制造规 格在