生產(chǎn)金屬硅的方法

1、生產(chǎn)金屬硅的方法 生產(chǎn)金屬硅的方法生產(chǎn)金屬硅的方法， 鞠遠(yuǎn)峰 論述硅粉加工 金屬硅粉生產(chǎn)工藝流程默認(rèn)分類(lèi) 2008-12-09 13:42:06 閱讀10622 評(píng)論0 字號(hào)：大中小 訂閱 介紹：安全、低耗、高效、優(yōu)質(zhì)的硅粉加工、金屬硅深加工、金屬硅粉的生產(chǎn)技術(shù)。（關(guān)于振動(dòng)篩在硅粉生產(chǎn)中的應(yīng)用）一、對(duì)硅的了解與認(rèn)識(shí)：硅在地殼中分布很廣，約占地殼總量的四分之一。硅的用途很廣泛，日常生活中離不開(kāi)它，現(xiàn)代高科技尖端領(lǐng)域也離不開(kāi)它，將來(lái)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，硅的適用價(jià)值就更加顯得神通廣大，如將粗硅提煉出高純度的單晶硅是等量黃金價(jià)格的數(shù)倍，硅的適用性與經(jīng)濟(jì)性是可想而知的。硅是由硅石SiO2+2CSi+2CO

2、2，這樣制得的硅是含少量雜質(zhì)的粗硅，也叫金屬硅，其中Si約占98%，F(xiàn)e、Al、Ca、Zn、Cu、Ni、Sn、Pb、Mn、Ti等約占2%，金屬硅的外觀是灰褐色而具有金屬光澤、硬而脆的硅塊，硅元素符號(hào)Si，原子序數(shù)14，原子量：28.0355，硅的原子半徑是1.17m，主要化合價(jià)：+2、+4，硅原子外層電子的結(jié)構(gòu)為382，3P2，硅晶體的每個(gè)硅原子跟另外4個(gè)硅原子形成4個(gè)共介健，晶體硅的鍵長(zhǎng)是2.35×10-10m，SiSi的鍵能是42.5千米/摩爾，硅的密度是2.322.34g/cm3或2.322.4g/cm3，熔點(diǎn)是1410，沸點(diǎn)是2355；硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，硅是良

3、好的半導(dǎo)體；在常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑；在加熱條件下，硅能跟許多非金屬起反應(yīng)；硅不溶于水；如：硅粉的熱燃燒生成二氧化硅，同時(shí)放出大量的熱。Si+O2SiO2 二、成品硅粉的用途：將硅塊進(jìn)行工業(yè)加工制成的成品硅粉，分級(jí)為粗粉、細(xì)粉、微細(xì)粉、超微細(xì)粉，可用于高溫耐火材料、鐵、鋁合金、硅溶膠、有機(jī)硅等主要原料。目前有機(jī)硅新型材料制品發(fā)展前景看好，市場(chǎng)空間大，獲得利潤(rùn)可觀，如美國(guó)道康寧、GE公司，德國(guó)瓦克公司，法國(guó)羅地亞，日本信越公司和泰國(guó)有機(jī)硅公司近些年來(lái)，企業(yè)發(fā)展速度較快，產(chǎn)品越做越多。我國(guó)有機(jī)硅事業(yè)也在迅速發(fā)展。有機(jī)硅企業(yè)生產(chǎn)甲基混合粗單體，以Si粉作為主要原料，其主反應(yīng)為：Si+2CH3Cl

4、（CH3）2SiCl2付反應(yīng)為：Si+3CH3Cl（CH3）SiCl3+2CH3+Si+CH3Cl+2CH3（CH3）SiCl 三、硅粉生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介：以硅塊為原料生產(chǎn)成品硅粉，有多種方法。效果較好，應(yīng)用較多的是：球磨法、輥磨法、沖旋法，其主要設(shè)備：球磨機(jī)、輥磨機(jī)、沖旋機(jī)在制粉中對(duì)達(dá)到質(zhì)量技術(shù)要求是有區(qū)別的。前兩種是在重力下擠壓輾磨粉碎，后一種是沖擊細(xì)碎。各種磨機(jī)對(duì)非易燃易爆，莫氏硬度低于7.0級(jí)的礦物均可加工粉碎。成品粒度通過(guò)工藝調(diào)節(jié)，控制在30目（0.613mm）至425目（0.033mm）范圍內(nèi)。表1：硅粉各種生產(chǎn)方法比較： 序號(hào) 項(xiàng) 目 制粉法 球磨法 輥磨法 盤(pán)磨法 沖旋法 1 產(chǎn)品質(zhì)

5、量 比表面積m3/g 0.26 0.36 0.42 0.57 粒度 范圍mm 00.35 00.35 0.015 00.4 <0.05粉量% <30% <18% <20% <25% 顆粒形貌 扁平光面少裂紋 扁平光面少裂紋 扁平光面少裂紋 峰窩表面多裂紋 2 成品產(chǎn)量 t/h 1.5 1.0 2.5 2 3 單機(jī)能耗 kWh/t 25/85 44/120 44/108 22.5/35 4 加工成本 元/t 180 270 300 120 5 工藝設(shè)備使用可靠性 可靠性較好控制較困難 可靠性較好 可靠性較好檢修工作量大 可靠性好檢修方便 6 環(huán) 保 噪音大超標(biāo)勞動(dòng)條

6、件差 粉塵大噪音大需要隔音 噪音大粉塵較大 環(huán)保達(dá)標(biāo)噪音小粉塵少 注：各制粉法使用設(shè)備主機(jī)為：500mm球磨機(jī)（22kW/60kW），輥磨機(jī)（37kW/170kW），中徑1250盤(pán)磨機(jī)（132Kw/270kW），ZYF430型沖旋式粉碎機(jī)（45Kw/70kW）。形貌：根據(jù)電子掃描顯微照片。能耗和加工成本等屬一個(gè)確定的制粉機(jī)組，從原料硅塊投入至排出成品粉料。加工成本計(jì)算包括電耗，人工，折舊，大、中、小修4項(xiàng)費(fèi)用。電價(jià)：0.7元/度，折舊率7%。操作定員（兩班總數(shù)）5人。 四、硅粉生產(chǎn)技術(shù)及要求：物料平衡圖：1噸包袋裝硅塊破碎磨機(jī)制粉分篩出粉 1000kg 收率>98%布袋除塵尾氣放空（每立

7、方米小于100毫克）細(xì)粉收率<2%產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格：表2：硅粉技術(shù)指標(biāo)： 名稱(chēng) 規(guī) 格 分析方法 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 含水量 堆積比 平均粒徑m 硅粉 100%通過(guò)60目篩 干篩分法 CB/T1480-1995 <200PPM 1.341.42 50100 注：粒度組成按工藝確定。表3：硅粉主要物性參數(shù)： 名稱(chēng) 分子量 熔點(diǎn) 沸點(diǎn) 閃點(diǎn) 自燃點(diǎn) 在空氣中爆炸極限(V%) 國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn) 下限 硅粉 28 1420 2355 <7%02 表4：硅粉的化學(xué)成份： Si Fe Al Ca Zn Ca Ni Sn Db Mh Ti 798.5 <0.4 <0.2% 0.1 微量 微量 微

8、量 微量 微量 微量 微量 注：總雜質(zhì)<1.5%（一級(jí)品），其中Fe<0.3，Al<0.15，Ca<0.1 五、硅粉生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述：袋裝硅塊行吊或叉車(chē)吊卸顎式破碎機(jī)斗式提升機(jī)15mm硅塊貯倉(cāng)電磁振動(dòng)給料機(jī)磨制粉機(jī)旋風(fēng)分離器集粉倉(cāng)篩分機(jī)（振動(dòng)篩）成品硅粉布袋過(guò)濾器收塵罐尾氣放空抽風(fēng)機(jī)。硅塊破碎皮帶斗提制粉機(jī)氣固分離分篩成品倉(cāng) 放空抽風(fēng)機(jī)布袋過(guò)濾鼓風(fēng)機(jī) 粗粉回制粉機(jī)進(jìn)N2 細(xì)粉回收 原料硅塊倉(cāng)皮帶稱(chēng)一級(jí)破碎分篩（旋振篩）二級(jí)破碎 沖旋式粉碎給料機(jī)電磁振動(dòng)斗提篩分粗粉回斗提 中粉貯存二級(jí)篩分細(xì)粉倉(cāng)布袋過(guò)濾抽風(fēng)機(jī)尾氣放空包裝微細(xì)粉 六、硅粉設(shè)備組成：根據(jù)工藝條件與技術(shù)要求，匹

9、配以ZYF430型沖旋式制粉機(jī)組為核心，前后系統(tǒng)配置的定型設(shè)備及非標(biāo)設(shè)備見(jiàn)表5。表5： 序號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 型號(hào)規(guī)格 數(shù)量 材質(zhì) 1 原料倉(cāng) L2非標(biāo) 1 A3碳鋼 2 振動(dòng)給料機(jī) GZ2F定型 1 碳鋼 3 顎式破碎機(jī) PE-400-250定型 1 鑄鋼 4 沖旋式粉碎機(jī) GCF430定型 1 鑄鋼 高溫錳鋼 5 斗式提升機(jī) D200 1m/s定型 1 A3碳鋼 6 振動(dòng)篩 HY-1500 1 與物料接觸部為不銹鋼 篩網(wǎng)不銹鋼 7 離心風(fēng)機(jī) 9-19No.6.3A 1 外殼碳鋼 8 布袋式收塵器 FGM64-6 1 外殼碳鋼 防靜電材料 七、活性好的硅粉： 不同的制粉方法得到的硅粉活性是有區(qū)別的

10、，判定活性的因素為：粉粒的微觀結(jié)構(gòu)，比表面積、粒徑級(jí)配、表面保護(hù)和設(shè)備鋼耗等。微觀結(jié)構(gòu)：化學(xué)成份符合要求指標(biāo)的硅，煉制中已獲得最佳微觀結(jié)構(gòu)，保證其擁有參與反應(yīng)的最佳活性，即其天性或自然性能，制粉時(shí)一定要盡量降低對(duì)其天然微觀結(jié)構(gòu)的劣化作用，減少其晶粒及晶粒群間的變形，使絕大部分硅粉（99.8%以上）仍保持住原有的天然微觀結(jié)構(gòu)。表1中列舉四法中，以沖旋法為最佳。因?yàn)樗昧杩沾蛩楣鑹K的方式，讓其自身循著體內(nèi)最薄弱環(huán)節(jié)碎裂，沒(méi)有擠、壓、碾引起的結(jié)構(gòu)變形。比表面積：粉粒的表面積是單位質(zhì)量所占有的表面積以m2/g為單位。它是參與化學(xué)反應(yīng)能力的重要指標(biāo)。硅粉比表面積大，參與反應(yīng)速度加快，反應(yīng)更完善，硅的利

11、用率高，反應(yīng)區(qū)域流化態(tài)更理想，硅耗率最低，從而顯示其活性高。因此表面積已成為硅粉活性的一個(gè)重要指標(biāo)。表1中列出各類(lèi)粉的比表面積，其中以沖旋粉為最佳。粒度級(jí)配：直接合成法是流化態(tài)中分步完成的，物料粒度逐步變化，其表面不斷進(jìn)行更新，反應(yīng)完全，硅的單耗也明顯下降。所以，硅粉粒徑粗細(xì)搭配成粒級(jí)，以便獲得最佳效果，來(lái)制定相應(yīng)的最適宜的粒度級(jí)配。因此制粉方法必須保證粒度組成可調(diào)，而且得率更高。如制取1t硅粉的粒級(jí)0.1mm0.4mm約占85%以上是最適宜合成反應(yīng)的，這是國(guó)外某家10萬(wàn)t/a有機(jī)硅粗單體流化床使用的Si粉原料指標(biāo)。表面保護(hù)：生產(chǎn)出符合質(zhì)、粒指標(biāo)要求的合格成品硅粉，表面需要活性保護(hù)，其原則有三

12、：1、有利于化學(xué)反應(yīng)；2、有利于預(yù)防燃燒；3、有利于保持松散干燥。硅的氧化性能較強(qiáng)，尤其是微細(xì)粉狀態(tài)，在空氣中遇到明火能燃燒，生成二氧化硅同時(shí)放出大量的熱：Si+O2SiO2。由此可以采取兩種制粉保護(hù)方法：1、氮?dú)獗Ｗo(hù)，在制粉過(guò)程中進(jìn)行氮?dú)庋h(huán)和不斷地補(bǔ)充新鮮N2，控制循環(huán)N2含量93%，O2的含量7%。2、大氣條件下，封閉系統(tǒng)，比較干燥的空氣同原料硅塊同時(shí)進(jìn)入制粉系統(tǒng)，定量給料，空氣和碎硅塊在機(jī)內(nèi)形成微負(fù)壓運(yùn)行，隨后制取硅粉，排放空氣不循環(huán)使用。如：沖旋機(jī)制取硅粉。在成品硅粉貯存和運(yùn)輸、輸送中，一般都采用封閉、N2封和N2輸送，這也是保護(hù)Si粉活性的有效措施。硅粉表面活性高低的最終判定還是生

13、產(chǎn)實(shí)踐，參與化學(xué)反應(yīng)后的效果如何以及在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的能力表現(xiàn)。當(dāng)然，為獲得高活性，還有一個(gè)掌握制粉方法的問(wèn)題，需要一個(gè)認(rèn)識(shí)過(guò)程，要經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)。輥磨法在制粉過(guò)程中，需要高能耗N2保護(hù)，其保持制粉系統(tǒng)內(nèi)N293%，每噸產(chǎn)品需要耗N2量>300m3，由于循環(huán)N2在制粉系統(tǒng)溫度升高，達(dá)到6070，其中還含有7%氧氣，微硅粉表面N2、O2化也就難免了。而且制粉過(guò)程中，鋼耗也較高，大約在0.15kg/t，鋼耗（鐵粉）及易沾附在細(xì)硅粉的表面，輥磨法制得的硅粉，外觀呈暗黑色。無(wú)保護(hù)N2氣的沖旋法制得的硅粉，外觀卻是亮晶晶的。就其沖旋機(jī)制粉系統(tǒng)內(nèi)溫度一般<40，鋼耗主要在刀片上，每噸粉耗鋼約0.1kg0.05kg以下。從中可以看出：兩種生產(chǎn)方法得出兩種差距較大的制造成本與獲得不同的硅粉表面活性。 八、結(jié)論：1、硅制粉應(yīng)選擇硅粉質(zhì)量（活性、