專利名稱：一種用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑及其制備方法
一種用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑及其制備方法技術領域
本發明屬于金屬硅冶煉技術領域，具體涉及一種用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑及其制備方法。
背景技術：
可用于電爐冶煉金屬硅的碳質還原劑種類很多，如木炭、無煙煤、煙煤、石油焦等， 現有技術的金屬硅冶煉的碳質還原劑還是以木炭為主，因為木炭具有反應活性好、比電阻高、不易發生石墨化等優點，是最能滿足金屬硅冶煉要求的碳質還原劑，在金屬硅冶煉生產中，木炭還原劑大約占生產成本的35 40%。目前，國內生產I噸金屬硅需消耗大約I.2^1. 6噸木炭，而生產I噸木炭需消耗大約5噸木材，嚴重的破壞了森林資源。為此，人們不斷探索冶煉金屬硅的新方法，尋找替代木炭的金屬硅冶煉還原劑。其一，采用石油焦替代木炭作還原劑，石油焦的固定碳含量高，但是石油焦會導致強石墨化，使爐底上漲，影響生產；其二，用無煙煤替代木炭作還原劑，但是無煙煤比電阻低，不利于電極深插；其三，用煙煤替代木炭作還原劑，但是煙煤固定碳含量低，機械強度差，冶煉過程中燒損大。所以，開發一種可以降低木炭使用量的碳質還原劑，對于電爐冶煉金屬硅產業以及環保事業都是非常有利的。發明內容
本發明的第一目的在于提供一種用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑，第二目的在于提供上述復合碳質還原劑的制備方法。
本發明的第一目的是這樣實現的，所述的復合碳質還原劑包括提純碳粉，以及木炭粉和/或石油焦粉，提純碳粉、木炭粉、石油焦粉的重量百分比為100:(Γ40:4(Γ0 ;所述的提純碳粉是將鋁電解后的廢棄陰極經浮選法分離提純獲得的提純碳粉，其含有重量百分比 80 91%的固定碳、I. 5 3%的灰份、5 7%的揮發份。
作為優選技術方案所述的提純碳粉、木炭粉、石油焦粉的重量百分比為100:2(Γ40:2(Γ0。
所述的木炭粉含有重量百分比54 58%的固定碳、22 26%的灰份、15 17%的揮發份；所述的石油焦粉含有重量百分比86 89%的固定碳、O. 2 O. 4%的灰份、7 10%的揮發份。
所述的復合碳質還原劑加入重量百分比2 5%的粘結劑，經冷壓成型、干燥制得復合碳質還原劑球團。
本發明的第二目的是這樣實現的，所述的復合碳質還原劑的制備方法包括以下步驟，具體為Α、制備提純碳粉將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上； 調整料漿的液固重量比至1:2 4，加入捕收劑、抑制劑、起泡劑，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質，提純碳粉含有重量百分比80%以上的固定碳；B、混合按重量百分比為100:(Γ40:4(Γ0取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑。
作為優選技術方案所述的復合碳質還原劑加入重量百分比2 5%的粘結劑，經冷壓成型、干燥制得復合碳質還原劑球團。
本發明以電解鋁之后廢棄的陰極為原料，采用浮選方法(優選油團聚選擇性絮凝法)提取其中的碳粉(即提純碳粉)，該碳粉中固定碳的含量較高、灰分小，作為替換木炭的良好原料，配合石油焦粉組合成一種能滿足金屬硅冶煉對還原劑的物理化學性能要求的優質碳質還原劑。與現有技術相比，本發明采用電解鋁之后的廢棄陰極提純出的碳粉，充分利用了可回收碳資源；復合碳質還原劑作為金屬硅冶煉的還原劑使用，可替代1(Γ30%的木炭還原劑，同時將碳的利用效率提高了 10%;復合碳質還原劑中固定碳含量高、灰分低，雜質含量少，有助于提高金屬硅產品的產量和質量。


圖I為本發明復合碳質還原劑制備方法工藝流程示意圖。具體實施例
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但不得以任何方式對本發明加以限制，基于本發明教導所作的任何變更或改進，均屬于本發明的保護范圍。
本發明所述的復合碳質還原劑，包括提純碳粉，以及木炭粉和/或石油焦粉，提純碳粉、木炭粉、石油焦粉的重量百分比為100:(Γ40:4(Γ0 ;所述的提純碳粉是將鋁電解后的廢棄陰極經浮選法分離提純獲得的提純碳粉，其含有重量百分比80、1%的固定碳、I. 5^3% 的灰份、5 7%的揮發份。
作為優選實施方式所述的提純碳粉、木炭粉、石油焦粉的重量百分比為100:2(Γ40:20、。石油焦粉是一種固定碳含量高、灰分很少的碳原料，但是其容易石墨化的的特性，添加量宜少，所以作為優選方式，石油焦粉不超過木炭粉和石油焦粉混合物重量的50%為宜。
所述的木炭粉含有重量百分比54 58%的固定碳、22 26%的灰份、15 17%的揮發份；所述的石油焦粉含有重量百分比86 89%的固定碳、O. 2 O. 4%的灰份、7 10%的揮發份。
所述的復合碳質還原劑加入重量百分比2 5%的粘結劑，經冷壓成型、干燥制得復合碳質還原劑球團。
如圖I所示，本發明所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑的制備方法，包括以下步驟，具體為Α、制備提純碳粉將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上； 調整料漿的液固重量比至1:2 4，加入捕收劑、抑制劑、起泡劑，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質，提純碳粉含有重量百分比80%以上的固定碳；B、混合按重量百分比為100:(Γ40:4(Γ0取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑。
作為優選實施方式A步驟中獲得的電解質返回電解鋁工序。
所述的復合碳質還原劑加入粘結劑，經冷壓成型、干燥制得復合碳質還原劑球團。
所述的粘結劑為GY型煤粘結劑、膨潤土、煤浙青或石油浙青的一種，粘結劑的使用量為復合碳質還原劑重量百分比的2 5%。
所述的捕收劑為柴油、GH、N9858或JD-IV中的一種或兩種以上組合，捕收劑的使用量為 30(Tl500g/t。
所述的抑制劑為水玻璃、CMC或變性淀粉中的一種或兩種以上組合，抑制劑的使用量為200 1500 go
所述的起泡劑為2號油、或仲辛醇中的一種或兩種組合，起泡劑的使用量為2 50
本發明的工作原理本發明以電解鋁之后廢棄的陰極為原料，采用浮選方法(優選油團聚選擇性絮凝法)提取其中的碳粉(即提純碳粉)，該碳粉中固定碳的含量較高、灰分小，作為替換木炭的良好原料，配合石油焦粉組合成一種能滿足金屬硅冶煉對還原劑的物理化學性能要求的優質碳質還原劑。
實施例I將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:2，加入GH、變性淀粉、2號油，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；提純碳粉含重量百分比80%的固定碳、I. 5%的灰份、6. 5%的揮發份；按重量百分比為100:40取提純碳粉、石油焦粉，石油焦粉含重量百分比86. 5%的固定碳、O. 2%的灰份、8. 5%的揮發份，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑，復合碳質還原劑含重量百分比81. 86%的固定碳、I. 12% 的灰份、7. 07%的揮發份。
實施例2將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:3，加入柴油、水玻璃、2號油，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；提純碳粉含重量百分比85%的固定碳、3%的灰份、7%的揮發份；按重量百分比為100:20:20取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，木炭粉含重量百分比54%的固定碳、24%的灰份、15%的揮發份，石油焦粉含重量百分比88%的固定碳、O. 2%的灰份、10%的揮發份，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑，復合碳質還原劑含重量百分比81%的固定碳、5. 6%的灰份、8. 6%的揮發份。
實施例3將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:3，加入GH、變性淀粉、仲辛醇，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；提純碳粉含重量百分比81%的固定碳、2%的灰份、5%的揮發份；按重量百分比為100:5:35取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，木炭粉含重量百分比54%的固定碳、23%的灰份、16%的揮發份，石油焦粉含重量百分比87. 4%的固定碳、O. 36%的灰份、7. 9%的揮發份，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑，復合碳質還原劑含重量百分比81. 64%的固定碳、2. 34%的灰份、6. 12%的揮發份。
實施例4將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:4，加入柴油、水玻璃、2號油，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；提純碳粉含重量百分比87%的固定碳、2%的灰份、5%的揮發份；按重量百分比為100:25:15取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，木炭粉含重量百分比56%的固定碳、22%的灰份、17%的揮發份，石油焦粉含重量百分比87%的固定碳、O. 4%的灰份、8%的揮發份，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑，復合碳質還原劑含重量百分比81. 5%的固定碳、5. 4%的灰份、7. 5%的揮發份。
實施例5將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:4，加入N9858、水玻璃、仲辛醇，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；提純碳粉含重量百分比82%的固定碳、2. 4%的灰份、6%的揮發份；按重量百分比為100:10:30取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，木炭粉含重量百分比55%的固定碳、24%的灰份、15. 5%的揮發份，石油焦粉含重量百分比88. 2%的固定碳、O. 38%的灰份、8. 5%的揮發份，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑，復合碳質還原劑含重量百分比81. 4%的固定碳、3. 51%的灰份、 7. 2%的揮發份。
實施例6將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:2，加入柴油、水玻璃、2號油，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；提純碳粉含重量百分比89%的固定碳、I. 6%的灰份、6%的揮發份；按重量百分比為100:30:10取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，木炭粉含重量百分比58%的固定碳、23%的灰份、16%的揮發份，石油焦粉含重量百分比89%的固定碳、O. 3%的灰份、7%的揮發份，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑，復合碳質還原劑含重量百分比76. 5%的固定碳、6. 1%的灰份、8. 2%的揮發份。
實施例7將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:3，加入柴油、水玻璃、2號油，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；提純碳粉含重量百分比91%的固定碳、2. 3%的灰份、5%的揮發份；按重量百分比為100:35:5取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，木炭粉含重量百分比57%的固定碳、26%的灰份、17%的揮發份，石油焦粉含重量百分比86%的固定碳、O. 25%的灰份、9%的揮發份，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑，復合碳質還原劑含重量百分比82. 3%的固定碳、8. 2%的灰份、8. 14%的揮發份。
實施例8將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:2，加入柴油、變性淀粉、2號油，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；提純碳粉含重量百分比83%的固定碳、I. 8%的灰份、6. 2%的揮發份；按重量百分比為100:15:25 取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，木炭粉含重量百分比56%的固定碳、25%的灰份、16%的揮發份，石油焦粉含重量百分比87%的固定碳、O. 33%的灰份、7. 9%的揮發份，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑，復合碳質還原劑含重量百分比80. 8%的固定碳、4. 02%的灰份、7. 55% 的揮發份。
實施例9將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:4，加入JD-IV、水玻璃、2號油，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；提純碳粉含重量百分比84%的固定碳、2. 3%的灰份、7%的揮發份；按重量百分比為100:40取提純碳粉、木炭粉，木炭粉含重量百分比57. 5%的固定碳、24%的灰份、15%的揮發份，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑，復合碳質還原劑含重量百分比76. 4%的固定碳、8. 5%的灰份、 9. 3%的揮發份。
實施例10取實施例2制備的復合碳質還原劑，加入復合碳質還原劑重量2%的煤浙青，送至壓球機進行冷壓成型，經干燥得到復合碳質還原劑球團。使用該復合碳質還原劑球團在冶煉金屬硅時代替10%的木炭還原劑，礦熱爐運行良好、產品產量和質量穩定、生產成本降低5%。
實施例11取實施例4制備的復合碳質還原劑，加入復合碳質還原劑重量3%的膨潤土，送至壓球機進行冷壓成型，經干燥得到復合碳質還原劑球團。使用該復合碳質還原劑球團在冶煉金屬硅時代替20%的木炭還原劑，礦熱爐運行良好、產品產量和質量穩定、生產成本降低6%。
實施例12取實施例6制備的復合碳質還原劑，加入復合碳質還原劑重量4%的GY型煤粘結劑，送至壓球機進行冷壓成型，經干燥得到復合碳質還原劑球團。使用該復合碳質還原劑球團在冶煉金屬硅時代替30%的木炭還原劑，礦熱爐運行良好、產品產量和質量穩定、生產成本降低7%。
實施例13取實施例7制備的復合碳質還原劑，加入復合碳質還原劑重量5%的石油浙青，送至壓球機進行冷壓成型，經干燥得到復合碳質還原劑球團。使用該復合碳質還原劑球團在冶煉金屬硅時代替30%的木炭還原劑，礦熱爐運行良好、產品產量和質量穩定、生產成本降低8%。
本發明特點1、本發明以電解鋁之后的廢棄陰極提純出的碳粉為原料，充分利用了可回收碳資源；2、復合碳質還原劑作為金屬硅冶煉的還原劑使用，可替代1(Γ30%的木炭還原劑，碳的利用效率提高了 10%，降低了木炭還原劑的使用，對于保護環境非常有利；3、復合碳質還原劑中固定碳含量高、灰分低，雜質含量少，有助于提高金屬硅產品的產量和質量。
權利要求
1.一種用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑，其特征是所述的復合碳質還原劑包括提純碳粉，以及木炭粉和/或石油焦粉，提純碳粉、木炭粉、石油焦粉的重量百分比為 100: (Γ40:40、；所述的提純碳粉是將鋁電解后的廢棄陰極經浮選法分離提純獲得的提純碳粉，其含有重量百分比8(Γ91%的固定碳、I. 5^3%的灰份、5 7%的揮發份。
2.根據權利要求I所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑，其特征是所述的提純碳粉、木炭粉、石油焦粉的重量百分比為100:2(Γ40:2(Γ0。
3.根據權利要求I所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑，其特征是所述的木炭粉含有重量百分比54飛8%的固定碳、22 26%的灰份、15 17%的揮發份；所述的石油焦粉含有重量百分比86 89%的固定碳、O. 2 O. 4%的灰份、7 10%的揮發份。
4.根據權利要求I所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑，其特征是所述的復合碳質還原劑加入重量百分比2 5%的粘結劑，經冷壓成型、干燥制得復合碳質還原劑球團。
5.一種權利要求I所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟，具體為Α、制備提純碳粉將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74Mm的顆粒占90%以上； 調整料漿的液固重量比至1:2 4，加入捕收劑、抑制劑、起泡劑，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質，提純碳粉含有重量百分比80%以上的固定碳；B、混合按重量百分比為100:(Γ40:4(Γ0取提純碳粉、木炭粉、石油焦粉，混合均勻，得到所述的復合碳質還原劑。
6.根據權利要求5所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑的制備方法，其特征是 所述的復合碳質還原劑加入粘結劑，經冷壓成型、干燥制得復合碳質還原劑球團。
7.根據權利要求6所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑的制備方法，其特征是 所述的粘結劑為GY型煤粘結劑、膨潤土、煤浙青或石油浙青的一種，粘結劑的使用量為復合碳質還原劑重量百分比的2 5%。
8.根據權利要求5所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑的制備方法，其特征是 所述的捕收劑為柴油、GH、Ν9858或JD-IV中的一種或兩種以上組合，捕收劑的使用量為 300 1500g/t。
9.根據權利要求5所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑的制備方法，其特征是 所述的抑制劑為水玻璃、CMC或變性淀粉中的一種或兩種以上組合，抑制劑的使用量為 200 1500 g/to
10.根據權利要求5所述的用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑的制備方法，其特征是 所述的起泡劑為2號油或仲辛醇中的一種或兩種組合，起泡劑的使用量為2 50 g/t。
全文摘要
本發明公開了一種用于冶煉金屬硅的復合碳質還原劑及其制備方法，復合碳質還原劑包括提純碳粉，以及木炭粉和/或石油焦粉，提純碳粉、木炭粉、石油焦粉的重量百分比為100:0~40:40~0；所述的提純碳粉是將鋁電解后的廢棄陰極經浮選法分離提純獲得的提純碳粉，其含有重量百分比80~91%的固定碳、1.5~3%的灰份、5~7%的揮發份。所述的制備方法包括將鋁電解后廢棄的陰極破碎、細磨至粒度-74μm的顆粒占90%以上；調整料漿的液固重量比至1:2~4，加入捕收劑、抑制劑、起泡劑，采用閉路浮選分離出提純碳粉和電解質；按配比將提純碳粉、木炭粉、石油焦粉混合均勻，得到復合碳質還原劑。本發明充分利用可回收碳資源，可替代10~30%的木炭還原劑，碳的利用效率提高10%，提高了金屬硅的產量和質量。
文檔編號C01B33/021GK102976327SQ20121055112
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者謝剛, 包崇軍, 張永平, 陳科彤, 閆森, 李懷仁, 楊大錦, 楊毅, 楊鋼, 和曉才, 徐亞飛, 廖元雙, 張晶, 簡勝, 李永佳, 于站良, 許娜, 李小英, 刁微之, 趙德平, 張旭東 申請人:昆明冶金研究院