利用晶体硅切割废粉料冶炼硅铁的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用晶体硅切割废粉料冶炼硅铁的生产方法，属于回收利用晶体硅切片的废粉料来冶炼硅铁产品的生产技术领域。
【背景技术】
[0002]随着全球太阳能光伏产业的高速发展，对晶体硅产品(包括多晶硅和单晶硅)的市场需求量日益增大，晶体硅切片行业的加工规模也越来越大。迄今为止，在我国现行晶体硅切片行业中，大都是采用技术较为成熟的“线切割”切片工艺，它是由机器导轮带动钢丝线高速运转将以聚乙二醇为主要成份的切割液和碳化硅微粉混合的砂浆送到切割区对晶体硅锭进行切割来完成切片作业。在切片作业过程中会有大量硅粉末(约占晶体硅锭重量的20%—40%)掉入切割液中，当切割液中沉积的硅粉末数量逐渐增多时就会影响切割性能而成为含硅砂浆废料被排弃。据调查了解:我国晶体硅切片行业每年排放废弃的切割砂浆废料的数量十分巨大，在排弃的砂浆废料中主要含有约30%的高纯单质硅、35%的碳化硅、20%的聚乙二醇和水以及少量的铁氧化物。现行晶体硅切片行业仅对砂浆废料中容易提取的聚乙二醇采取了回收利用的技术措施，而对提取聚乙二醇后剩余的大量尾粉料(主要是硅粉末废料和部分碳化硅及钢丝线消耗的铁氧化物混合物，它是以高纯硅和碳化硅为主要成分且具有高载能、强还原特性的硅资源)却一直没有采取处理措施，大量的尾粉料长期以来一直都是随意堆放废弃于周边场地而形成巨大的“粉堆山”，这已成为一个严重威胁环境安全、一时又难于消化解决的“粉堆山”污染公害，已被当地环保部门列为重点监测的高危污染点；由于这些尾粉料还具有较强的化学活性，极易发生自燃现象甚至引发粉爆事故，同时也被消防部门列为重点防范对象。这已成为长期困扰我国晶体硅切片行业生存和发展的一个严峻问题，怎样开发利用尾粉料进而解决晶体硅切片行业的污染问题将是关系到我国光伏产业能否持续发展的一个重大技术课题。根据冶金理论分析:在这些尾粉料中含有的具有高储能强还原特性的单质晶体硅和碳化硅应当是冶金行业生产冶炼硅铁产品所需的硅原料，怎样开发利用晶体硅切片行业堆积废弃的这座巨大的“粉堆山”硅资源并用作冶炼硅铁产品的原料?这正是本发明想要解决的一个技术课题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的旨在现有冶金技术的基础上提出一种利用晶体硅切割废粉料冶炼硅铁的生产方法，它能有效解决晶体硅切片行业因大量尾粉料堆放造成的环境污染问题，又为冶炼硅铁产品开发了一个高储能强还原性的硅资源原料宝库和一个高效低耗的硅铁生产新工艺。可极大地降低冶炼硅铁的生产成本，对冶金行业开展节能减排降耗、资源综合利用工作具有显著的环保效应和巨大的经济效益。
[0004]本发明的目的是通过如下技术方案来实现的:
一种利用晶体硅切割废粉料冶炼硅铁的生产方法，其特征在于:它依次按以下步骤进行， ①计量配料:按下述重量份配比计量称取物料，
硅石原料I份，
晶体硅切割废粉料 0.03—1.20份，
焦炭0.25—0.52份，
铁质原料0.05—0.35份，
上述“晶体硅切割废粉料”是指对多晶硅、单晶硅切片作业所产生的切割砂浆废料进行回收得到的硅粉末废料；
②入炉冶炼:将“计量配料”步骤中按重量份配比计量称取的物料输入铁合金冶炼矿热炉内，按冶炼硅铁要求的生产工艺进行冶炼作业；
③铁水浇注:对冶炼合格的液态铁水进行扒除炉渣作业后，将铁水浇注于锭模内；
④精整去渣:待冷却后进行精整作业去除夹带炉渣，即可制得硅铁产品。
[0005]更进一步地说，在“计量配料”步骤中，它是按下述优化的重量份配比计量称取物料:
硅石原料I份，
晶体硅切割废粉料 0.50—0.90份，
焦炭0.35—0.45份，
铁质原料0.15—0.25份。
[0006]在“计量配料”步骤中，它是按下述进一步优化的重量份配比计量称取物料:
硅石原料I份，
晶体硅切割废粉料0.70份，
焦炭0.40份，
铁质原料0.20份。
[0007]为更好地实现本发明的目的，在“计量配料”与“入炉冶炼”之间还有“压制造球”的步骤，所述的“压制造球”是首先将“计量配料”步骤中按重量份配比计量称取的晶体硅切割废粉料放入搅拌机内；再按晶体硅切割废粉料重量的6% — 18%的比例称取水泥放入搅拌机内，按晶体硅切割废粉料重量的4%—8%加水后进行搅拌作业制成混合泥料;最后将混合泥料送入强力压球机内进行造球作业，待自然风干后，即制得直径为10—45_的球团状物料。
[0008]上述铁质原料为钢肩。
[0009]实现本发明目的的有关技术理论依据如下:
现行冶炼硅铁的基本原理是在电能作用下将硅石冶炼成高温熔融状态，以焦炭为还原剂对硅石中的硅和铁的氧化物进行还原反应制得硅铁产品。
[0010]本发明正是依据晶体硅切割废粉料(即尾粉料)中的高纯单质硅本身就是硅铁中的硅组分之一，同时，利用晶体硅切割废粉料中的碳化硅具有高储能强还原的特性，以碳化硅作为冶炼硅铁的还原剂原料。本发明有目的地将晶体硅切割废粉料作为部分替代硅石、焦炭的原料直接参配使用于入炉炉料中进行冶炼作业，它的机理是:在高温熔融状态下，①晶体硅切割废粉料(即尾粉料)中的高纯单质硅能直接熔化进入硅铁组分中；②晶体硅切割废粉料(即尾粉料)中的碳化硅对硅石原料中的二氧化硅进行还原反应;③晶体硅切割废粉料(即尾粉料)中的铁氧化物被还原后与硅反应生成硅化铁也能进入硅铁组分中。需要说明的是:由于碳化硅具有高储能强还原特性，它与硅石中的铁氧化物进行还原反应时会释放出大量反应热，而高纯单质硅不需要炭还原即能直接熔化进入硅铁组分中，能极大地降低冶炼硅铁的单位电耗和焦炭耗量，对冶金行业开展“资源综合利用、节能减排降耗”工作具有明显的技术效果。本发明经过较长时期的试验表明:晶体硅切割废粉料(即尾粉料)是一种能用于冶炼硅铁产品的极佳生产原料，无需新增设备投资，即可在现行装备技术条件下，大批量规模化地回收利用晶体硅切割废粉料(即尾粉料)来部分替代焦炭、硅石作为冶炼硅铁的生产原料，制得质量优良的硅铁产品。
[0011]本发明具有如下突出的实质性特点和显著进步:
本发明首创了一种以晶体硅切割废粉料(即尾粉料)作为替代焦炭、硅石的原料参配使用于入炉料中进行冶炼硅铁的全新生产方法，它是利用晶体硅切割废粉料中的高纯单质硅本身就是硅铁中硅组分的物质特性，即能在高温熔融状态下直接熔化进入硅铁组分中，与此同时，还利用碳化硅具有高储能强还原的特性作为冶炼硅铁的还原剂，它能在高温熔融状态下对硅石原料中的二氧化硅进行还原反应并释放出大量反应热，可极大地降低冶炼硅铁的单位电耗和焦炭耗量。无需新增设备投资，即可在现行装备技术条件下，大批量规模化地回收利用晶体硅切割废粉料(即尾粉料)部分替代