用于制備煉硅廢棄物含碳球團的粘結劑及球團的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于制備煉硅廢棄物含碳球團的粘結劑，所述粘結劑包括水溶性硅酸鹽(硅酸鉀或硅酸鈉，或其混合物)70～90wt％、有機燒失型材料10～30wt％。本發(fā)明還提供了一種利用權利要求所述的粘結劑制備球團的方法，包括：將粘結劑與水混合，然后與球團料混合，于20～40MPa壓力下壓制成球；所述粘結劑的添加比為球團料的2～8％。本發(fā)明提供的粘結劑具有價格低廉、使用量小、能夠同時提高煉硅廢棄物含碳球團低溫強度和高溫強度等優(yōu)點。
【專利說明】用于制備煉硅廢棄物含碳球團的粘結劑及球團的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于含碳球團粘結劑的開發(fā)與應用領域，具體涉及一種用于煉硅廢棄物含 碳球團的粘結劑及球團的方法。

【背景技術】
[0002] 在傳統(tǒng)煉硅工藝中，原料由硅石（Si02)和還原劑（木炭，石油焦等）組成，煉硅過 程是在半封閉式電爐內連續(xù)進行生產(chǎn)的，冶煉過程中電流通過電極及爐料電阻產(chǎn)生的熱量 和電極端的電弧熱將爐料加熱到2000°C以上，在這一溫度下二氧化硅經(jīng)過一系列的物理化 學反應被碳還原生成了金屬硅液體，并伴有C0氣體和微硅粉逸出。
[0003] 然而在煉硅電爐正常操作上，尤其是大、中型電爐，要求爐料具有合適的塊度以確 保良好的透氣性。因此，入爐的硅石和木炭要有一定的粒度要求。一般情況下，硅石的粒度 控制在40-120mm，木炭粒度控制在20-200mm。這就要求在原料準備階段要對娃石和還原劑 進行破碎、篩分、以滿足入爐料的粒度要求。
[0004] 在破碎篩分過程中產(chǎn)生的不能入爐的碎硅石（粒度〈40_)和碎木炭（粒度 <20mm)等煉硅廢棄物數(shù)量巨大。據(jù)統(tǒng)計，碎硅石要占到總硅石量的35%以上，而碎木炭也 要占到木炭量的20%左右。這些煉硅廢棄物被閑置起來，造成了很大的資源浪費，這種浪 費使得單位產(chǎn)量的相對成本大大提高；而在冶煉過程中，也會有大量的固體廢棄物微硅粉 (ω (Si) >95%)產(chǎn)生，而這些微硅粉若不充分利用，也會造成大量的資源浪費和生產(chǎn)成本 上升。此外，在冶煉成本上考慮，木炭的價格相對較高，若能使用價格相對便宜的石油焦或 石墨代替部分木炭，也會使煉硅成本大幅下降。但石油焦和石墨的粒度相對較細，直接入爐 會影響電爐的透氣性。
[0005] 為了將傳統(tǒng)煉硅過程中的廢棄物料（如碎硅石、碎木炭）以及副產(chǎn)物含硅粉塵 (微硅粉）結合適量低成本物料（如石墨、石油焦）加以綜合利用，擴大原料來源和節(jié)約生 產(chǎn)成本， 申請人:提供了一種煉硅廢棄物含碳球團煉硅的新工藝，該工藝按照電爐生產(chǎn)需求， 將煉硅廢棄物進行預處理、配料、造球、烘干，直接加入電爐煉硅。為了使煉硅生產(chǎn)的順利進 行，必須保證這些廢棄物含碳球團具有一定的低溫強度和高溫強度，但是適宜粘結劑的開 發(fā)顯得尤為關鍵。
[0006] 近年來，膨潤土等無機粘結劑以及淀粉、有機硅樹脂等有機粘結劑的制備與使用 都得到了一定程度的研究，且其主要涉及領域為鐵礦含碳球團的制備工藝。研究結果可大 體概括為：無機粘結劑成球性能好、資源充足，但易引入雜質元素、影響球團質量；而有機 粘結劑的膠結性較好、高溫下燃燒分解、不影響球團質量，但是用量有限制，否則會降低球 團抗壓強度和爆裂溫度。對性能較好的粘結劑的開發(fā)和合理使用：或是通過優(yōu)化使用突出 單一粘結劑優(yōu)勢，或是借助合理搭配無/有機粘結劑獲得優(yōu)勢互補，都是值得綜合研究的 問題。著眼于煉硅廢棄物含碳球團制備工藝，相應地開發(fā)一種粘結劑及其使用方法是極具 價值的。


【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明旨在提供一種用于煉硅廢棄物含碳球團的粘結劑及合理的使用方法，確保 制備出強度合格，質量符合入爐要求的球團。
[0008] 本發(fā)明提供的粘結劑包括水溶性硅酸鹽70?90wt %、有機燒失型材料10? 30wt%。
[0009] 其中，所述可溶性硅酸鹽在室溫下與煉硅廢棄物粉料顆粒表面間會形成一層粘結 膜。這一層很薄的硅酸粘結膜使得粉料顆粒之間相互連接，含碳球團的室溫強度得以提高； 隨著溫度的進一步升高，硅酸鹽析出硅酸凝膠顆粒填充到含碳球團內的毛細孔中，有利于 強度的提高；在高溫條件下，娃酸凝膠形成的Si-0-Si鍵能夠將凝膠顆粒和粉料顆粒連接 成網(wǎng)絡狀的結構，能夠起到固化粘結的作用；硅酸凝膠干燥，由于耐高溫元素硅的存在以及 其網(wǎng)絡狀的結構，也會使球團強度進一步提高；選用水玻璃作為粘結劑，不會帶來大量的雜 質元素，且硅酸鹽中的Na、K等對硅石的還原能夠起到促進作用。
[0010] 優(yōu)選的，所述的有機燒失型材料包括淀粉〇?20wt %。
[0011] 所述淀粉在室溫下具有吸水膨脹性和粘稠性，有利于煉硅廢棄物含碳球團生球強 度的提高；溫度逐漸升高時，淀粉開始糊化，糊化后淀粉與廢棄物粉料顆粒的共混相融性提 高了球團的致密性，進一步提高了含碳球團的強度；隨著溫度的進一步升高淀粉失水形成 固相連接橋連接，但固相連接橋在高溫條件下逐漸揮發(fā)，不利于含碳球團的高溫強度的提 商。
[0012] 更優(yōu)選的，所述有機燒失性材料還包括有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂和羧甲基纖維素類 化合物中的一種或多種。
[0013] 所述羧甲基纖維素類化合物等為粒狀或纖維狀物質，其吸濕性強、易溶于水形成 膠體溶液；含有的-C00-可與煉硅廢棄物粉料顆粒表面形成化學吸附，而-0H又是良好的親 水基團，可有效改善粘結劑的親水性。煉硅廢棄物粉料顆粒和還原劑間通過羧甲基纖維素 類化合物等高分子有機鏈結合起來，通過粘結劑顆粒間的粘附能力形成具有一定強度的鏈 架結構，因此加入羧甲基纖維素類化合物等粘結劑利于含碳球團強度的提高；羧甲基纖維 素類化合物等粘結劑在一定配比范圍內與淀粉配合，可使粘結劑的粘結性能得到提高。與 粉料顆粒接觸時增加了它們之間的結合力，從而改善了球團強度。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種球團的制備方法，包括：
[0015] 將粘結劑與水混合，然后與球團料混合，于20?40MPa壓力下壓制成球；所述粘結 劑的添加比為球團料的2?8%。
[0016] 優(yōu)選的，粘結劑與水，然后與含娃原料和含碳原料混合后壓制成球，所述含娃原料 至少包括含硅原料微硅粉或硅石粉中的一種，所述含碳原料包括碎木炭、石油焦和石墨中 的一種或多種。
[0017] 本發(fā)明提供的粘結劑具有價格低廉、使用量小、能夠同時提高煉硅廢棄物含碳球 團低溫強度和高溫強度等優(yōu)點。

【具體實施方式】
[0018] 下面結合具體實例對本發(fā)明進行簡要補充和應用效果評述，其中含碳球團主體配 料中使用的煉硅廢棄物為碎硅石、碎木炭、微硅粉；低成本物料選擇石墨、石油焦。
[0019] 實施例1
[0020] 選擇硅酸鈉和淀粉按照質量分數(shù)85%和15%的比例制備含碳球團粘結劑，按照 質量百分數(shù)4%的使用比例，配合7%的水，與煉硅廢棄物粉料以及低成本物料進行混勻， 送入設定好成球壓力為30MPa的對輥壓球機進行壓制。干燥后球團的強度測試結果如下：
[0021]

【權利要求】
1. 一種用于制備煉硅廢棄物含碳球團的粘結劑，其特征在于，所述粘結劑包括水溶性 硅酸鹽70?90wt%、有機燒失型材料10?30wt%。
2. 根據(jù)權利要求1所述的粘結劑，其特征在于，所述水溶性硅酸鹽為硅酸鉀或硅酸鈉， 或其混合物。
3. 根據(jù)權利要求1所述的粘結劑，其特征在于，所述的有機燒失型材料包括淀粉0? 20wt%。
4. 根據(jù)權利要求3所述的粘結劑，其特征在于，所述有機燒失性材料還包括有機硅樹 月旨、環(huán)氧樹脂和羧甲基纖維素類化合物中的一種或多種。
5. -種利用權利要求1?4任一所述的粘結劑制備球團的方法，包括： 將粘結劑與水混合，然后與球團料混合，于20?40MPa壓力下壓制成球；所述粘結劑的 添加比為球團料的2?8%。
【文檔編號】C01B33/025GK104140102SQ201410295003
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】段東平, 韓宏亮, 王文忠, 陳思明, 周娥 申請人:中國科學院過程工程研究所