从硅渣中提取工业硅的新方法

1、从硅渣中提取工业硅的工艺 瞿仁静 包稚群 （昆明冶金研究院）摘要：本文叙述一种简单的处理方法，通过手选、机选、配料、熔炼 等工序，采用专利技术，利用工频炉，配入专利合成熔剂，从工业硅弃渣 中提炼单质硅，产品达到工业硅精度，提炼方法简单，成本低廉，是硅行 业的一种节能减排的新技术。关键词：工业硅，硅渣，工频炉，合成熔剂1前言工业硅生产以硅石为原料，碳质原料为还原剂，用电炉进行熔炼。工 业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 Si97%以上的产物。工业硅主要用于配制合金、制造高纯半导体、生产硅橡 胶、硅树脂、硅油等有机硅。目前云南省的硅产能为100xi04t/a,产硅渣1

2、0XI04t/a,硅渣长期以来都 用来铺路或作为弃渣堆存，占据了大量的土地资源，硅渣中含有15%以上的单质硅没有被回收，造成了资源的浪费。云南省永平县泰达废渣开发利 用有限公司法人进行了多年的研究，发明了“微铝微钙硅铁的生产方法” 来处理硅渣，通过简单的方法回收硅渣中有效成分，并除掉硅中的杂质， 使硅中杂质含量和结晶状态等符合要求，并将此工艺申请专利，在四川省 大邑县成功生产近2年，在云南省永平县成功生产1年有余。2原辅料从工业硅渣中提取单质硅的新方法，以冶炼硅渣为原料，通过造渣去 除原料中的CaO、AI2O3、FeO。配料为专利技术，主要有两种辅料，辅料专利号为ZL02X341672，文中以

3、辅料1、辅料2代替 硅渣成分见表1。表1硅渣成分名称SiSiO2CH2OFeOAl 2O3CaO合计硅渣16.2%48.7%15%10%0.3%4.9%4.9%100%原、辅料单耗量：硅渣为 6250kg/t硅，辅料1、2各为62.5 kg/t硅3 工业硅的杂质来源和性质工业硅中的杂质以单质和化合物的形态存在。 热力学计算表明， Fe2O3、 SiO2、MgO、Al2O3、CaO 等在常压下还原时， Fe2O3 还原温度最低，其次 是SiO2,再次是AI2O3、MgO和CaO。因为还原温度不同，Fe2O3、SQ2绝 大部分被还原， Al2O3、 MgO 和 CaO 只能部分还原。未还原的 Al

4、 2O3、 MgO 和 CaO 与 S i O 2一起形成熔渣。 这种熔渣有的积聚在一起形成明显的浅色熔 渣块，局限在晶界间，界限分明，破碎时可用手工清除；另一些熔渣则变 成深色的仅在显微镜下才能看到的颗粒，和硅混杂在一起，成为硅中的杂 质。4 硅与渣的分离原理从硅渣中提取工业硅，第一步是要将硅渣中明显的浅色渣与深色渣用 手工锤分离，再用中选原理进一步分离，提高硅渣中硅的含量；第二部进 行熔炼分离，主要是要分离熔体硅中的杂质。硅渣中的杂质以还原和未还原两种形态存在，在工业硅中加入由 Na2O550%, S i O 25095%组成的絮凝剂或者由 Na2O550%, S i O 25095%以

5、及 MgO、 CaO 低于 35%组成的熔剂后， 熔渣的熔点可从原来的 14501480， 降到 1000 左右，还可降低熔渣的密度，改善其粘度和表面张力，有利于熔 渣和硅的分离。铝和钙与合成熔剂间发生氧化反应而被除掉，铝和钙的氧 化速度常数与温度成线性关系，铝和钙的氧化过程在接近扩散的区域内进 行。熔渣在合成熔剂中经 40min 即可全部溶解，可除掉 83%的铝及 92%的 钙。这种熔剂是由苏打灰、白云石、硅石、生石灰和蛇纹岩或碎玻璃等配 成，对硅呈惰性，能很好地使铝、钙氧化和使非金属夹杂物聚集上浮分离， 但无除铁作用。熔剂的添加量一般为精制工业硅的 1020%（质量 ）。配料工 作要求准确

6、、均匀、及时，配料工作的好坏对产品的产量、原料单耗和成 本等都有重要影响，甚至会决定熔炼提纯过程能否进行。硅渣提纯熔炼用工频炉进行加热和保温。5 工艺流程简述根据硅渣的性质， 冶炼工艺分为手选、机器分选、配料、提纯炉熔化、 产品浇注、精整、破碎、烟气除尘净化等工序。生产使用的原料，通过手工分选后由振动筛冲水落入机器分选车间， 用铲车运送至配料车间配料，配好料后装入吨袋，再由铲车输送至熔化车 间，用起重机送至炉子操作平台，由人工进行加料。电提纯炉容量为15004000kVA，由于炉子的炉龄较短，每座炉子有 2 个炉体，保证炉子能正常生产。冶炼周期2h3h,当一台炉子在加料或出料 的时候，另外的炉

7、子在工作，不会同时加料和出料。经电提纯炉冶炼得到 硅熔体流到铁水包中，由行车运至浇注区进行铸模，自然冷却后人工破碎、 精整，检验合格后装袋包装入库。当一个铁水包在浇注时，三台炉子都在 工作，浇注时无炉子加料或出料。除尘工艺流程为：提纯炉、浇注烟气 -布袋除尘器-引风机-烟囱。采用袋式除尘器净化烟气。烟气经炉顶活动烟罩汇入烟管，进入袋式 除尘器，净化烟气由引风机送入烟囱排入大气。提纯炉炉口敞开，烟气上 升过程中温度降到除尘器的安全操作温度。引风机吸风，炉口烟气处于负 压状态，避免烟气外逸，净化烟气由引风机送入烟囱排入大气，收集的粉 尘返回配料。通过手工分选和机器分选后的原料成分见表 2,配料后的

8、入炉物料成分 见表3,炉渣成分见表4,产品硅的成分见表5。硅渣回收生产工艺流程见 图1。表2选矿后原料成分名称SiSiO2CH2OFeOAl 2O3CaO合计硅渣%87.921.50.12100.300.10.06100表3入炉物料成分名称SiSiO2CFeOAl 2O3CaO其它合计入炉物料%88.906.310.120.300.104.190.08100表4炉渣成分名称3AI2O3.2SQ2CaO.SiQFeO.2SiC2SiCSi合计炉渣%0.63940.8032100表5产品成分名称SiCFeO硅%99.500.020.30Al 2O3CaO其它合计0.060.030.09100硅渣手

9、选机器分选辅料1 辅料2入库返回配料图1硅渣回收工艺流程图6车间组成工业硅企业是高能耗企业，消耗大量电能，硅渣提炼车间应配置在靠 近原料产地，廉价能源基地。硅渣回收主要由原料堆场、机器分选车间、配料车间、熔化车间库房、 除尘设施及辅助设施组成。其中机器分选车间、配料车间、熔化车间、库房、除尘设施及配电房为联合厂房机器分选车间设置堆场、机器分选设备、带式输送机，物料由带式输 送机输送至配料车间。配料车间与机器分选车间相连。熔化车间设置铲车 通道、提纯炉、浇注区、破碎车间。提纯炉的循环水泵房靠近电炉厂房， 布置在较低处，电炉的烟气净化设施也靠近厂房。电炉厂房四周的建筑物 的长度比电炉厂房的长度短。

10、提纯炉设置两个冷却水池，保证水质符合低 压蒸汽锅炉用水的水质要求，每升水中钙、镁离子应不大于0.03mg/mol,氯离子含量不大于2030mg/L,循环水的补水在处理后补入。7成本分析从硅渣中提取工业硅制造成本约为7500元/t，其中可变成本比例为90.77%,固定成本比例为9.23%。原料费用及动力占总成本费用的比例为 61.99%，是影响本项目效益的关键因素，企业应提咼回收率，在降低耗量、 加强内部管理上下功夫，以使效益稳步增长。制造成本分析见表6。表6制造成本构成分析表（）项目原料辅料动力直接工资制造费用管理费用财务费用营业费用总成本费用比例72.740.1617.862.374.240.130.272.21100.008结论硅渣中含有15%以上的已经还原的单质硅，长期以来没有进一步进行 分离，单质硅与硅渣混合成为廉价的铺路材料。采用专利合成熔剂利用工 频炉融化硅渣，可以再次分离硅与渣，并对单质硅进行进一步提纯，使其 达到工业硅的要求。加工技术精湛，加工成本低廉，是硅行业的一项节能 减排新