一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法
【專利說明】一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法
[0001 ] 本發(fā)明是申請(qǐng)日為2014-12-17，申請(qǐng)?zhí)枮?014107883956，原申請(qǐng)名稱為:一種中頻爐及其應(yīng)用和利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法的專利的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于晶體硅廢料處理領(lǐng)域，具體地說，涉及一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，更具體地說，涉及一種利用太陽(yáng)能電池板生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的晶體硅廢料來(lái)冶煉硅鐵的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]目前，隨著清潔能源的發(fā)展，太陽(yáng)能技術(shù)得到飛速發(fā)展。在生產(chǎn)太陽(yáng)能電池板的過程中，用到了大量的晶體硅，一個(gè)直徑75mm的硅片，可集成幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)個(gè)元件，形成了微電子學(xué)，從而出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)、微處理機(jī)等。由于當(dāng)前信息工程的發(fā)展，硅主要用于微電子技術(shù)。為適應(yīng)大規(guī)模集成電路的發(fā)展、單晶硅正向大直徑、高純度、高均勻性，無(wú)缺陷方向發(fā)展。在太陽(yáng)能電池硅片生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的6.5μπι至38μπι的切割硅粉廢料，該硅粉屬于較難處理的固體微廢，處理和利用硅粉廢料可以使硅資源在得到有效利用同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目的。太陽(yáng)能電池硅片制造過程中所產(chǎn)生的硅粉廢料屬于無(wú)硫、磷成份的材料，采用硅粉廢料生產(chǎn)硅鐵可生產(chǎn)出超低硫、磷或無(wú)硫、磷的硅鐵合金，可為鋼鐵冶金領(lǐng)域提供優(yōu)質(zhì)的硅鐵合金原料，能大幅度提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0004]目前我國(guó)已成為太陽(yáng)能電池生產(chǎn)大國(guó)，如何處理和利用太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的大量硅粉廢料，已變得非常重要?，F(xiàn)有的處理硅粉廢料有如下幾種方法:
[0005]1、晶體硅切割廢料制備碳化硅
[0006]中國(guó)專利號(hào)201110152492.2，公開日:2011年12月14日，專利公開一種用硅晶體廢料氮化反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的方法，其方法按如下步驟進(jìn)行:
[0007]將晶體硅切割廢料和生產(chǎn)碳化硅切割粉時(shí)產(chǎn)生的超細(xì)碳化硅微粉，按照游離硅占原料總量5-25wt %配料混合成型后，向原料中加入粘結(jié)劑制成生還，在氮化爐中通入純度99被％以上的高純氮?dú)獠?duì)生坯加熱進(jìn)行氮化處理，得到氮化硅反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的制品。
[0008]但是該發(fā)明無(wú)法對(duì)晶體硅廢料進(jìn)行直接處理，需要進(jìn)行二次加工，工序復(fù)雜。成品為燒結(jié)碳化硅制品，沒有充分發(fā)揮晶體硅廢料低硫、磷的特點(diǎn)。
[0009 ] 2、晶體硅切割廢料中得到碳化硅顆粒增強(qiáng)含硅鋁合金復(fù)合材料的方法
[0010]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?201310390694.Χ，公開日:2014年3月26日，公開了一種用晶體硅切割廢料中得到碳化硅顆粒增強(qiáng)含硅鋁合金復(fù)合材料的方法，按如下步驟進(jìn)行:首先對(duì)晶體切割廢料進(jìn)行酸洗除雜，除去切割廢料中的氧化鐵、金屬雜質(zhì)及少量二氧化硅等，經(jīng)水洗、過濾、烘干等步驟得到粒度范圍在0.5μηι-10μηι的碳化娃及娃的混合微粉，將碳化娃微粉按復(fù)合材料總質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.5-32.5 %的比例、游離硅按復(fù)合材料總質(zhì)量百分比0.2%~9.8%與鋁或鋁合金配比，采用高溫強(qiáng)力攪拌至碳化硅均勻分散及硅粉溶解后，經(jīng)快速凝固處理得到復(fù)合材料。
[0011]但是該發(fā)明所使用的碳化硅、硅粉等是工業(yè)生產(chǎn)中的廢料，確實(shí)是利用了廢料，但是其得到的產(chǎn)品是碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，文中并沒有給出碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的作用，雖然給晶體硅切割廢料提供了一個(gè)出路，但是并沒有發(fā)揮出晶體硅切割廢料的低硫低磷的最佳價(jià)值。
[0012]3、采用礦熱爐冶煉硅鐵合金
[0013]硅粉廢料采用礦熱爐冶煉硅鐵合金是在硅粉中配入焦粉、玻璃水及氧化鐵皮等原料制成球料加入到礦熱爐中冶煉硅鐵，該冶煉方法存在如下缺陷:
[0014]1)、硅粉造球工藝段增加了生產(chǎn)成本，沒有直接利用硅粉顆粒的特性；
[0015]2)、配入的焦粉帶入了硫、磷等物質(zhì)，增加了硅鐵產(chǎn)品中的硫、磷含量，降低了硅鐵產(chǎn)品的質(zhì)量；
[0016]3)、硅粉廢料中主要成份為單質(zhì)硅和碳化硅。硅在礦熱爐冶煉過程中主要是熔化與鐵結(jié)合成硅鐵合金，不存在還原吸熱反應(yīng)，采用礦熱爐方法冶煉硅鐵合金會(huì)導(dǎo)致礦熱爐爐頂溫度高，礦熱爐中大量的熱量被浪費(fèi)，不能有效降低生產(chǎn)成本。
[0017]綜上所述，現(xiàn)在缺乏一種既能解決廢料問題，也能發(fā)揮其自身最大特點(diǎn)的處理晶體硅切割廢料的合理的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]1.要解決的問題
[0019]針對(duì)現(xiàn)有缺乏一種既能解決晶體硅廢料問題，也能發(fā)揮其自身最大特點(diǎn)的處理晶體硅切割廢料的合理的方法的問題，本發(fā)明提供一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，其不但解決了晶體硅廢料的處理問題，最核心的是最大程度的發(fā)揮了晶體硅廢料的價(jià)值。
[0020]2.技術(shù)方案
[0021]為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0022]—種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，將晶體硅切割廢料放入熔化的鐵水中制備娃鐵。
[0023]—種利用晶體娃廢料冶煉娃鐵的方法，其步驟為:
[0024](A)將冶煉硅鐵合金所需的廢鋼裝爐，將爐體中的廢鋼熔化成鐵水，并將鐵水繼續(xù)加熱到1570°C以上；
[0025](B)將硅粉廢料連續(xù)噴吹到鐵水中，形成熔液，控制并維持加入硅粉廢料后熔液的溫度在1480°C以上；
[0026](C)吹入硅粉廢料后熔液的液面上升并注滿爐體中部后，向爐體的熔液中繼續(xù)噴吹硅粉廢料，控制并維持熔液的溫度在1330°C以上，直至硅鐵合金液達(dá)到所需硅鐵合金標(biāo)號(hào)產(chǎn)品的液位。
[0027]優(yōu)選地，還包括步驟(D):將爐中的硅鐵合金液送往真空脫碳裝置進(jìn)行脫碳，進(jìn)行成分最后調(diào)整，得到合格的硅鐵合金液。
[0028]優(yōu)選地，所述的步驟(A)中廢鋼的加入量根據(jù)硅粉廢料中成分組成和所要制備的硅鐵的純度來(lái)確定。
[0029]優(yōu)選地，所述的噴吹采用保護(hù)氣體噴吹。
[0030]優(yōu)選地，所述的保護(hù)氣體噴吹載氣量為270?360Nm3/h，硅粉廢料噴吹量為270?450kg/mino
[0031]優(yōu)選地，所述的步驟(A)中廢鋼的加入量根據(jù)硅粉廢料中成分組成和所要制備的硅鐵的純度來(lái)確定。
[0032]優(yōu)選地，所述的廢鋼加入是破碎后加入。通過氣體噴吹方式將硅粉廢料直接噴吹加入鐵水中熔化并與鐵水結(jié)合生成硅鐵合金液，是一種無(wú)其他輔助材料加入條件下的生產(chǎn)硅鐵合金的工藝和方法。
[0033]本發(fā)明的實(shí)施例優(yōu)選如下一種爐子，一種中頻爐，包括爐體，爐體分為工作段和預(yù)留段，預(yù)留段位于工作段的上方；工作段自下而上分為爐體下段、爐體中段和爐體上段三段;所述的爐體下段的直徑小于爐體上段的直徑;所述的爐體中段的縱截面的形狀為內(nèi)部中空的倒圓臺(tái)形，爐體中段下端的直徑等于爐體下段的直徑；爐體中段上端的直徑等于爐體上段的直徑。
[0034]優(yōu)選地，還包括噴嘴和/或噴吹槍，所述的噴嘴位于爐體中段的側(cè)壁和/或爐體下段的底部和/或爐體下段的側(cè)壁上;所述的噴吹槍經(jīng)過爐體的上部向下插入到爐體下段的底部。優(yōu)選方案是爐體下段的底部有I個(gè)噴嘴，爐體中段的側(cè)壁和爐體下段的側(cè)壁上有I至6個(gè)側(cè)吹噴嘴;噴吹槍有I個(gè)。
[0035]優(yōu)選地，所述的爐體上段設(shè)有保溫加熱線圈；所述的爐體下段和爐體中段設(shè)有加熱線圈;所述的爐體下段和爐體中段的加熱線圈由同一電路控制。
[0036]優(yōu)選地，所述的預(yù)留段的體積大于等于工作段體積的3/10;爐體下段的體積占爐體工作段的5%?40%，爐體下段的高度大于等于600_。
[0037]優(yōu)選地，所述的噴嘴采用透氣磚。
[0038]優(yōu)選地，所述的保溫加熱線圈位于爐體上段的下部。
[0039]，通過氣體噴吹方式將硅粉廢料直接噴吹加入鐵水中熔化并與鐵水結(jié)合生成硅鐵合金液，是一種無(wú)其他輔助材料加入條件下的生產(chǎn)硅鐵合金的工藝和方法。
[0040]實(shí)際生產(chǎn)中，硅粉廢料成份及特性為:太陽(yáng)能電池硅片切割生產(chǎn)過程中，由于采用碳化硅線切割工藝，加之切割過程中產(chǎn)生高溫氧化作用，使得處理后的硅粉廢料有如下成份和特性:
[0041 ]硅粉廢料成份:
[0042]S1:30?80%、Si02:0?10%、SiC:5?40%、Fe:0?2% ；
[0043]硅粉廢料顆粒度:6.5μπι至38μπι;
[0044]硅粉廢料堆比重:1000?1400kg/m3。
[0045]本發(fā)明的原理是通過兩種原料混合加熱，由于各自的特性，針對(duì)簡(jiǎn)單的混合存在一些問題，本發(fā)明也相應(yīng)的提出了解決方案，具體為:
[0046]I)硅為非導(dǎo)磁性材料，在中頻爐中不能自身通過磁場(chǎng)發(fā)熱而熔化，難以采用電磁加熱;所以本發(fā)明采用通過與鐵水的熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)熔化并與鐵結(jié)合成硅鐵合金；
[0047]2)硅粉廢料的比重(1000?1400kg/m3)遠(yuǎn)小于鐵的比重(7800kg/m3)，硅粉廢料直接加入鐵水中會(huì)與鐵水分層，不能實(shí)現(xiàn)與鐵水的熱交換而熔化并與鐵結(jié)合成硅鐵合金；
[0048]3)硅鐵合金中硅所占的比例過高，在傳統(tǒng)的