本发明涉及一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法，属于有色金属冶炼技术领域。
背景技术：
石油焦因固定碳含量较高，挥发分含量较低，燃烧热值比较高，从而被广泛应用于工业硅冶炼用复合碳质还原剂中（质量比在30%以上），在工业硅冶炼过程中，其较高的固定碳是参与二氧化硅碳热还原的主要还原剂。但石油焦是石油精炼过程的主要副产品，是一种具有类石墨结构的碳材料。而工业硅冶炼是在高温电炉中进行的，电弧冶炼对原料，尤其是碳质原料要求具有较高的比电阻，保证电极的下插深度以及减少电能的损失。另一方面石油焦的类石墨结构使得石油焦具有较低的还原反应活性。因此，在石油焦使用过程中，即使石油焦的固定碳含量较高，但也不能大比例使用石油焦。目前为了弥补石油焦性能缺陷，木炭或者木块和石油焦混和作为添加剂后达到一个较好的还原水平，但是木炭或者木块是以砍伐森林、牺牲环境为代价得到，随着人类环保意识以及环境破坏带来的大量自然灾害，森林砍伐已经得到很好的控制，甚至明文禁止了砍伐森林。因此对于木炭或者木块的来源受到了抑制，开发一种能够替代木炭或者木块用于工业硅冶炼生产的还原剂是可持续发展的必要途径。
生物质属于一种农副产品，大多数将其进行焚烧或者堆存进行腐烂，焚烧会产生大量烟尘和CO2等对环境具有一定破坏程度，从而导致占据大量的堆存空间。生物质具有与木材相似的性质，具有较高的挥发分含量，并且灰分中含有较高的碱金属和碱土金属，从而具有较高的反应活性，从表观形貌来看，生物质具有较发达空隙结构。因此生物质原料通过炭化得到生物质炭用于替代木炭和石油焦混合制备工业硅冶炼生产还原剂是一种具有可持续，经济效益较好的途径。
技术实现要素：
针对目前工业硅冶炼生产使用还原剂中需要消耗大量的木炭或者木块，而木炭及木块来源需要砍伐大量的森林，从而严重破坏生态环境。本发明的目的是提供一种可持续能替代木炭或者木块用于工业硅冶炼生产的工业硅碳质还原剂。
一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法，具体步骤如下：
（1）将生物质原料干燥、破碎、热压成型材；
（2）将步骤（1）所得型材进行加热并炭化处理，然后冷却、破碎得到生物质炭；
（3）将石油焦干燥、破碎；
（4）将步骤（2）所得生物质炭与步骤（4）所得石油焦混合均匀，热压成球团即得工业硅碳质还原剂。
所述步骤（1）中生物质原料可以采用核桃壳、甘蔗渣、稻壳、松子壳、玉米秸秆、麦壳、小麦秸秆等一种或者任意多种的混和物；
所述步骤（1）中生物质原料破碎至粒度不大于30mm；
所述步骤（1）中热压的温度为80~120℃，压力为20~50MPa;
所述步骤（1）型材中部有一个以上的通孔，通孔直径在10~30mm，使型材在炭化工序中受热均匀，升温速度快，炭化彻底；
所述步骤（2）中加热的升温速率5～30℃/min；
所述步骤（2）中炭化温度为250～900℃，炭化时间为30～240min；
所述步骤（2）中生物质炭破碎粒度不大于0.2mm；
所述步骤（2）中生物质炭的组分质量百分数为固定碳65~85%，挥发分8~25%，水分1~5%，灰分小于4%，保证生物质炭具有较高的孔隙率以及较高的反应活性；生物质炭的比电阻不小于4000µΩ·m，比电阻越高越有利于工业硅炉冶炼生产，更是为了和比电阻较低的石油焦进行调配，以满足工业硅冶炼对碳质还原剂比电阻的要求；
所述步骤（3）中石油焦中固定碳的质量百分数为75~90%，挥发分的质量百分数为5~10%，水分的质量百分数不大于5%，灰分的质量百分数小于0.5%，比电阻不小于2000µΩ·m；
所述步骤（3）中石油焦破碎粒度为0.2~0.3mm占50%以上；
所述步骤（4）中生物质炭与石油焦的质量比为20~40:80~60；
所述步骤（4）中热压的温度为80~120℃，压力为20~50MPa；
所述步骤（4）中球团直径为30~120mm；
所述工业硅碳质还原剂比电阻不小于3500µΩ·m，避免在工业硅冶炼生产过程中因比电阻低引起电弧损失严重，导致电极位置上移，电弧炉炉底温度降低，产量降低，炉底上涨，矿热炉停炉等危害。
本发明的有益效果是：
（1）本发明方法综合利用农副产品，并通过有价回收农副产品，增加了农民收入；
（2）本发明的工业硅碳质还原剂用于工业硅冶炼生产，减少木炭或木块的使用，避免了大量砍伐森林带来严重的生态问题；
（3）本发明的工业硅碳质还原剂，利用生物质炭对石油焦具有活化协同效果，在保证原料反应活性的基础上增加了石油焦的配比量，从而同比降低了还原剂原料的消耗，提高了原料的使用率，降低了原料单耗，进一步降低工业硅冶炼生产成本；
（4）本发明利用生物质炭具有较高的比电阻以及较高的反应活性，与高比电阻的石油焦混和制备工业硅碳质还原剂，其比电阻高、反应活性高，可以提高5~10%的硅石还原率，降低还原剂单耗。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：如图1所示，一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法，具体步骤如下：
（1）将稻壳、核桃壳和玉米秸秆等生物质混合原料进行干燥、破碎至粒度小于30mm，在温度为80℃，压力为50MPa条件下，热预压成型材，其中型材中部有1个直径为30mm的通孔；
（2）在升温速率5℃/min的条件下，将步骤（1）所得型材加热至250℃并进行炭化处理240min，型材中部的通孔使型材在炭化工序中受热均匀，升温速度快，炭化彻底；冷却至室温，破碎至粒度不大于0.2mm得到生物质炭，生物质炭的组分质量百分数为固定碳75%，挥发分15%，水分3%，灰分小于4%；生物质炭的比电阻为5500µΩ·m；
（3）将石油焦干燥、破碎粒度为0.2~0.3mm占50%以上；其中石油焦中固定碳的质量百分数为75%，挥发分的质量百分数为10%，水分的质量百分数为5%，灰分的质量百分数为0.5%，比电阻为3000µΩ·m；
（4）按照生物质炭和石油焦的质量比为20:80的比例，将步骤（2）所得生物质炭和步骤（3）所得石油焦混和均匀，并在温度为80℃，压力为50MPa条件下热预压成球团，球团直径为30mm，比电阻为3552µΩ·m，球团即为工业硅碳质还原剂。
将球团还原剂用以200kg硅石为每批次进行工业硅生产，生产的金属硅产品纯度为99.45%，硅石还原率提高5%。
实施例2：如图1所示，一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法，具体步骤如下：
（1）将松子壳、小米秸秆、玉米秸秆等生物质混合原料进行干燥、破碎至粒度小于28mm，在温度为90℃，压力为40MPa条件下热预压成型材，其中型材中部有2个直径为10mm的通孔；
（2）在升温速率10℃/min的条件下，将步骤（1）所得型材加热至500℃并进行炭化处理200min，型材中部的通孔使型材在炭化工序中受热均匀，升温速度快，炭化彻底；冷却至室温，破碎至粒度不大于0.2mm得到生物质炭，生物质炭的组分质量百分数为固定碳80%，挥发分13%，水分3%，灰分小于0.4%；生物质炭的比电阻为5200µΩ·m；
（3）将石油焦干燥、破碎粒度为0.2~0.3mm占60%以上；其中石油焦中固定碳的质量百分数为80%，挥发分的质量百分数为8%，水分的质量百分数为4%，灰分的质量百分数为0.45%，比电阻为2600µΩ·m；
（4）按照生物质炭和石油焦的质量比为25:75的比例，将步骤（2）所得生物质炭和步骤（3）所得石油焦混和均匀，并在在温度为90℃，压力为40MPa条件下热预压成球团，球团直径为50mm，比电阻为3550µΩ·m，球团即为工业硅碳质还原剂。
将球团还原剂用以200kg硅石为每批次进行工业硅生产，生产的金属硅产品纯度为99.15%，硅石还原率提高6%。
实施例3：如图1所示，一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法，具体步骤如下：
（1）将甘蔗渣、玉米芯和小麦秸秆等生物质混合原料进行干燥、破碎至粒度小于25mm，在温度为100℃，压力为30MPa条件下热预压成型材，其中型材中部有2个直径为20mm的通孔；
（2）在升温速率15℃/min的条件下，将步骤（1）所得型材加热至600℃并进行炭化处理180min，型材中部的通孔使型材在炭化工序中受热均匀，升温速度快，炭化彻底；冷却至室温，破碎至粒度不大于0.2mm得到生物质炭，生物质炭的组分质量百分数为固定碳65%，挥发分20%，水分8%，灰分小于3%；生物质炭的比电阻为6000µΩ·m；
（3）将石油焦干燥、破碎粒度为0.2~0.3mm占65%以上；其中石油焦中固定碳的质量百分数为85%，挥发分的质量百分数为6%，水分的质量百分数为4%，灰分的质量百分数为0.4%，比电阻为2300µΩ·m；
（4）按照生物质炭和石油焦的质量比为30:70的比例，将步骤（2）所得生物质炭和步骤（3）所得石油焦混和均匀，并在在温度为100℃，压力为30MPa条件下热预压成球团，球团直径为60mm，比电阻为3750µΩ·m，球团即为工业硅碳质还原剂。
将球团还原剂用以200kg硅石为每批次进行工业硅生产，生产的金属硅产品纯度为99.55%，硅石还原率提高7%。
实施例4：如图1所示，一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法，具体步骤如下：
（1）将稻壳、核桃壳和麦壳等生物质混合原料进行干燥、破碎至粒度小于20mm，在温度为110℃，压力为25MPa条件下热预压成型材，其中型材中部有3个直径为15mm的通孔；
（2）在升温速率20℃/min的条件下，将步骤（1）所得型材加热至700℃并进行炭化处理120min，型材中部的通孔使型材在炭化工序中受热均匀，升温速度快，炭化彻底；冷却至室温，破碎至粒度不大于0.2mm得到生物质炭，生物质炭的组分质量百分数为固定碳80%，挥发分12%，水分5%，灰分小于3%；生物质炭的比电阻为5000µΩ·m；
（3）将石油焦干燥、破碎粒度为0.2~0.3mm占70%以上；其中石油焦中固定碳的质量百分数为82%，挥发分的质量百分数为15%，水分的质量百分数为2%，灰分的质量百分数为0.35%，比电阻为2400µΩ·m；
（4）按照生物质炭和石油焦的质量比为35:65的比例，将步骤（2）所得生物质炭和步骤（3）所得石油焦混和均匀，并在在温度为110℃，压力为25MPa条件下热预压成球团，球团直径为70mm，比电阻为3660µΩ·m，球团即为工业硅碳质还原剂。
将球团还原剂用以200kg硅石为每批次进行工业硅生产，生产的金属硅产品纯度为99.23%，硅石还原率提高8.5%。
实施例5：如图1所示，一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法，具体步骤如下：
（1）将稻壳、核桃壳和玉米秸秆等生物质混合原料进行干燥、破碎至粒度小于20mm，在温度为115℃，压力为22MPa条件下热预压成型材，其中型材中部有4个直径为10mm的通孔；
（2）在升温速率25℃/min的条件下，将步骤（1）所得型材加热至800℃并进行炭化处理90min，型材中部的通孔使型材在炭化工序中受热均匀，升温速度快，炭化彻底；冷却至室温，破碎至粒度不大于0.2mm得到生物质炭，生物质炭的组分质量百分数为固定碳82%，挥发分10%，水分5%，灰分小于3%；生物质炭的比电阻为4800µΩ·m；
（3）将石油焦干燥、破碎粒度为0.2~0.3mm占60%以上；其中石油焦中固定碳的质量百分数为88%，挥发分的质量百分数为6%，水分的质量百分数为3%，灰分的质量百分数为0.3%，比电阻为2300µΩ·m；
（4）按照生物质炭和石油焦的质量比为40:60的比例，将步骤（2）所得生物质炭和步骤（3）所得石油焦混和均匀，并在在温度为115℃，压力为22MPa条件下，热预压成球团，球团直径为100mm，比电阻为3600µΩ·m，球团即为工业硅碳质还原剂。
将球团还原剂用以200kg硅石为每批次进行工业硅生产，生产的金属硅产品纯度为99.35%，硅石还原率提高10%。
实施例6：如图1所示，一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法，具体步骤如下：
（1）将小米秸秆、核桃壳和玉米芯等生物质混合原料进行干燥、破碎至粒度小于30mm，在温度为120℃，压力为条件下20MPa热预压成型材，其中型材中部有4个直径为5mm的通孔；
（2）在升温速率30℃/min的条件下，将步骤（1）所得型材加热至900℃并进行炭化处理30min，型材中部的通孔使型材在炭化工序中受热均匀，升温速度快，炭化彻底；冷却至室温，破碎至粒度不大于0.2mm得到生物质炭，生物质炭的组分质量百分数为固定碳85%，挥发分8%，水分4%，灰分小于3%；生物质炭的比电阻为4200µΩ·m；
（3）将石油焦干燥、破碎粒度为0.2~0.3mm占55%以上；其中石油焦中固定碳的质量百分数为90%，挥发分的质量百分数为5%，水分的质量百分数为2%，灰分的质量百分数为0.2%，比电阻为2100µΩ·m；
（4）按照生物质炭和石油焦的质量比为40:60的比例，将步骤（2）所得生物质炭和步骤（3）所得石油焦混和均匀，并在在温度为120℃，压力为20MPa条件下热预压成球团，球团直径为120mm，比电阻为3529µΩ·m，球团即为工业硅碳质还原剂。
将球团还原剂用以200kg硅石为每批次进行工业硅生产，生产的金属硅产品纯度为99.28%，硅石还原率提高10%。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。