一種用晶體硅切割廢料生產鉻系鐵合金的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種用單晶或多晶硅切割廢料與鉻精礦粉制備鉻系鐵合金產品的方法。
【背景技術】
[0002]近10年來，全球光伏產業年均增長率達到41.3%，作為鐵合金產能大國，中國也已迅速崛起成為太陽能光伏電池生產大國。制備太陽能電池所需用的硅片均是由高純多晶硅錠切割而成的。不管是半導體工業所用的單晶硅或是太陽能電池所用的多晶硅，在制片切割過程中，均會有高達50%?52%的晶體硅磨制成細粉形式進入切割廢料漿液中。關于單晶硅和多晶硅切割廢料漿液的回收問題，國內外已做了大量工作，所發布的各種專利中，大部分方法是涉及回收廢料漿中的聚乙醇和碳化硅，但對于含大量的高純硅粉，未分離出的碳化硅及因氧化形成的二氧化硅的剩余廢料的處理，到目前為止尚未研宄出具有顯著經濟效益和環境效益的回收技術。其原因是切割廢料粒度小(I?ΙΟμπι)，成份復雜(單質硅、碳化、氧化物和含鐵化合物共存)，很難單獨選出利用。因此，我國每年產生的近10?20萬噸的晶體硅切割廢料已經造成嚴重的環境污染問題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是根據晶體硅切割廢料中所含的金屬硅粉，碳化硅粉及少量含鐵化物粉均具有良好冶金還原劑性質的特征，提出一種采用電硅熱冶金原理，將晶體硅切割廢料與鉻精礦粉制成球，在電爐或感應爐內生產出鉻系鐵合金產品的方法，特別是替代常規的中、低碳鉻鐵和硅鉻合金的舊工藝(二步法或三步法)，可以一步法生產出低磷、低碳含量的鉻鐵或硅鉻鐵合金產品。與舊工藝相比，無論電耗和生產成本均可大幅度降低，經濟效益明顯。
[0004]一種用晶硅切割廢料生產鉻系鐵合金的方法，其特征在于
[0005]使用的原料及其主要化學成分重量百分比為:
[0006]鉻精礦粉，含Cr2O3 40%?55%，Cr/Fe 1.5 ?3.0，粒度 <3mm，
[0007]晶硅切割廢料粉，含Si 40%?70%，SiC 15%?25%，S12 10%?30%，Fe5%?10%，粒度〈1mm，
[0008]生石灰，含CaO 85%?96%，粒度〈5cm，
[0009]鎂橄欖石，含Mg2 (S14) >80 %，粒度 <5cm，
[0010]硅石，含Si02>95%，粒度 <5cm，
[0011]焦炭，含固定碳76%?88%，粒度0.5cm?3cm ；
[0012]具體制造工藝為:
[0013]I)、生產爐料:按照鉻精礦粉與晶硅切割廢料粉的重量百分數的比值為0.5?3.0進行混勾，采用高壓對棍壓機壓成直徑3cm?5cm的球狀體或6cmX8cm的塊狀體爐料，或者采用圓盤成球機制成直徑3cm?5cm的粒狀爐料；
[0014]2)生產中、低碳鉻鐵鐵合金:將步驟I)所述爐料與溶劑按55%?70%和30%?45%的配比稱重混勻后裝入感應爐或電弧爐內進行冶煉獲得液態中、低碳鉻鐵合金，所用溶劑為生石灰；
[0015]3)生產硅鉻合金:將步驟I)所述爐料與焦炭和鎂橄欖石或硅石混勻后裝入感應爐或電弧爐或礦熱爐內進行冶煉，獲得液態硅鉻合金；爐料與焦炭和鎂橄欖石或硅石的配比為:爐料60%?100%，焦炭0%?20%，鎂橄欖石0%?25%、硅石0%?20% ；
[0016]4)成品制備:將液態中、低碳鉻鐵合金或硅鉻合金將液態合金用鐵水包轉運至澆鑄車間，注入鋼錠模或砂模里，澆鑄成型的中、低碳鉻鐵鐵合金錠或硅鉻合金塊錠，經破碎、篩分后供貨。
[0017]所述的鉻精礦粉和晶體硅切割廢料球狀或塊狀冶金爐料中含有添加劑和粘結劑；
[0018]所述添加劑占爐料總重0%?20%，所述的添加劑為熟石灰、焦粉中的一種或多種的組合；
[0019]所述粘結劑占爐料總重0%?7%，所述粘結劑為含氟水玻璃、酸甲基纖維素、淀粉、鎂水泥中的一種或多種的組合。
[0020]本發明所得中、低碳鉻鐵合金化學成分滿足我國中、低碳鉻鐵合金的產品標準(GB5683-87)，所得硅鉻合金化學成分滿足我國硅鉻合金的產品標準(GB 4009-89)。
[0021]傳統中、低碳鉻鐵生產工藝一般分為三個步驟，第一步用礦熱爐生產粒狀高碳鉻鐵，第二步將高碳鉻鐵配入硅石和適量焦炭還原劑，生產硅鉻合金，第三步是將硅鉻合金與鉻精礦粉在電弧爐內反應，得到最終的中、低碳鉻鐵產品。與傳統工藝相比，本發明提出的新工藝是充分利用了晶體硅切割廢料中具有高溫冶金還原性質的金屬硅與碳化硅，直接與鉻精礦粉進行電硅熱冶金反應，節省了用焦炭還原硅石得到所需金屬硅的電能，同時也免去了用鉻精礦粉生產高碳鉻鐵時，爐料預處理的生產環節。此外，本發明提出的采用晶體硅切割廢料與鉻精礦粉壓制成新型含鉻、硅爐料，解決了目前鐵合金行業所遇到的用一步法(有渣法)生產硅鉻合金的工藝難題。
【具體實施方式】
[0022]本發明使用的原料有鉻精礦粉、晶硅切割廢料、生石灰、鎂橄欖石、硅石、焦炭，在高溫作用下產生如下主要反應:
[0023]2Cr203+3Si = 4Cr+3Si02
[0024]Cr203+SiC = 2Cr+Si02+C0 ?
[0025]2FeO+Si = 2Fe+Si02
[0026]3FeO+SiC = 3Fe+Si02+C0 ?
[0027]生石灰是冶煉中、低碳鉻鐵合金用的熔劑
[0028]鎂橄欖石、硅石是冶煉硅鉻合金用的熔劑
[0029]焦炭是冶煉硅鉻合金添加使用的還原劑
[0030]本發明使用的原料及其主要化學成分，(重量百分比)
[0031]鉻精礦粉，含Cr2O3 40%?55%，Cr/Fe 1.5 ?3.0，粒度 <3mm
[0032]晶硅切割廢料粉，含Si 40%?70%，SiC 15%?25%，S12 10%?30%，Fe5%?10%，粒度〈1_
[0033]生石灰，含CaO 85%?96%，粒度<5cm
[0034]鎂橄欖石，含Mg2 (S14) >80 %，粒度 <5cm
[0035]硅石，含Si02>95%，粒度 <5cm
[0036]焦炭，含固定碳76%?88%，粒度0.5cm?3cm
[0037]使用的主要設備有高壓對輥壓機或圓盤造球機、感應爐或電爐
[0038]制造工藝及其原料配比:將上述原料，按照鉻精礦粉與晶硅切割廢料粉的重量百分數的比值為0.5?3.0進行混勻，采用高壓對輥壓機壓成球狀體(直徑3cm?5cm)或塊狀體爐料(6cmX8cm)，或者采用圓盤成球機制成直徑3cm?5cm的粒狀爐料，按爐料55%?70%，熔劑生石灰30%?45%配比比例稱重(重量百分比)混勻后裝入感應爐或電弧爐內進行冶煉獲得液態中、低碳鉻鐵合金；按爐料60%?100%，熔劑鎂橄欖石0%?25%或硅石0%?20%，還原劑焦炭0%?20%配比比例稱重(重量百分比)，混勻后裝入感應爐或電爐(電弧爐或礦熱爐)內進行冶煉，獲得液態硅鉻合金，將液態中、低碳鉻鐵合金或硅鉻合金將液態合金用鐵水包轉運至澆鑄車間，注入鋼錠模或砂模里，澆鑄成型的中、低碳鉻鐵鐵合金錠或硅鉻合金塊錠，經破碎、篩分后供貨。
[0039]所述的鉻精礦粉和晶體硅切割廢料壓制成的球狀或塊狀冶金爐料中含有添加劑和粘結劑。
[0040]所述添加劑占爐料總重0%?20%，所述的添加劑為熟石灰、焦粉中的一種