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        4. 金屬硅粉的傳統生產方法

          金屬硅粉,金屬硅,金屬硅粉生產廠家,工業硅粉--東營漢尊新能源科技有限公司   2016-11-17 10:44:16 作者:SystemMaster 來源: 文字大小:[][][]

          一、對金屬硅的認識

          金屬硅也叫工業硅,金屬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,日常生活中離不開它,現代高科技尖端領域也離不開它,將來科學技術不斷發展,硅的適用價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格的數倍,金屬硅的適用性與經濟性是可想而知的。

          1、金屬硅性質 金屬硅是由硅石SiO2+2C→Si+2CO2↑,這樣制得的硅是含少量雜質的粗硅,也叫金屬硅,其中Si約占98%,Fe、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Si,原子序數14,原子量:28.0355,硅的原子半徑是1.17μm,主要化合價:+2、+4,硅原子外層電子的結構為382,3P2,硅晶體的每個硅原子跟另外4個硅原子形成4個共介健,晶體硅的鍵長是2.35×10-10μm,Si—Si的鍵能是42.5千米/摩爾,硅的密度是2.32~2.34g/cm3或2.32~2.4g/cm3,熔點是1410℃,沸點是2355℃;硅的導電性能介于金屬和絕緣體之間,金屬硅是良好的半導體;在常溫下,硅的化學性質不活潑;在加熱條件下,硅能跟許多非金屬起反應;硅不溶于水;如:硅粉的熱燃燒生成二氧化硅,同時放出大量的熱。 Si+O2→SiO2

          二、金屬硅的用途

          金屬硅粉也叫工業硅粉,將硅塊進行工業加工制成的成品硅粉,分級為粗粉、細粉、微細粉、超微細粉,可用于高溫耐火材料、鐵、鋁合金、硅溶膠、有機硅等主要原料。目前有機硅新型材料制品發展前景看好,市場空間大,獲得利潤可觀,如美國道康寧、GE公司,德國瓦克公司,法國羅地亞,日本信越公司和泰國有機硅公司近些年來,企業發展速度較快,產品越做越多。我國有機硅事業也在迅速發展。有機硅企業生產甲基混合粗單體,以Si粉作為主要原料,其主反應為: Si+2CH3Cl→(CH3)2SiCl2 付反應為: Si+3CH3Cl→(CH3)SiCl3+2CH3+ Si+CH3Cl+2CH3→(CH3)SiCl

          三、金屬硅粉生產方法

          以硅塊為原料生產成品金屬硅粉,有多種方法。效果較好,應用較多的是:球磨法、輥磨法、沖旋法,其主要設備:球磨機、輥磨機、沖旋機在制粉中對達到質量技術要求是有區別的。前兩種是在重力下擠壓輾磨粉碎,后一種是沖擊細碎。各種磨機對非易燃易爆,莫氏硬度低于7.0級的礦物均可加工粉碎。成品粒度通過工藝調節,控制在30目(0.613mm)至425目(0.033mm)范圍內。

          表1:硅粉各種生產方法比較: 序號 項目 制粉法 球磨法 輥磨法 盤磨法 沖旋法 1 品質量 比表面積m3/g 0.26 0.36 0.42 0.57 粒度 范圍mm 0~0.35 0~0.35 0.015 0~0.4 <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 成品產量 t/h 1.5 1.0 2.5 2 3 單機能耗 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 環保 噪音大超標勞動條件差 粉塵大噪音大需要隔音 噪音大粉塵較大 環保達標噪音小粉塵少 注:

          ①各制粉法使用設備主機為:φ500mm球磨機(22kW/60kW),輥磨機(37kW/170kW),中徑1250盤磨機(132Kw/270kW),ZYF430型沖旋式粉碎機(45Kw/70kW)。

          ②形貌:根據電子掃描顯微照片。

          ③能耗和加工成本等屬一個確定的制粉機組,從原料硅塊投入至排出成品粉料。

          ④加工成本計算包括電耗,人工,折舊,大、中、小修4項費用。電價:0.7元/度,折舊率7%。操作定員(兩班總數)5人。

          四、硅粉生產技術及要求

          ①物料平衡圖: 1噸包袋裝硅塊→破碎→磨機制粉→分篩出粉 1000kg 收率>98% →布袋除塵→尾氣放空(每立方米小于100毫克)細粉收率<2%

          ②產品技術規格: 表2:硅粉技術指標: 名稱 規 格 分析方法 國家標準 含水量 堆積比 平均粒徑μm 硅粉 100%通過60目篩 干篩分法 CB/T1480-1995 <200PPM 1.34~1.42 50~100 注:粒度組成按工藝確定。 表3:硅粉主要物性參數: 名稱 分子量 熔點℃ 沸點℃ 閃點℃ 自燃點℃ 在空氣中爆炸極限(V%) 國家環保標準 下限 硅粉 28 1420 2355 <7%02 表4:硅粉的化學成份: Si Fe Al Ca Zn Ca Ni Sn Db Mh Ti 798.5 <0.4 <0.2% 0.1 微量 微量 微量 微量 微量 微量 微量

          五、金屬硅粉生產工藝流程

          ①袋裝硅塊→行吊或叉車吊卸→顎式破碎機→斗式提升機→≤15mm硅塊貯倉→電磁振動給料機→磨制粉機→旋風分離器→集粉倉→篩分機(振動篩)→成品硅粉→布袋過濾器→收塵罐→尾氣放空抽風機。 

          ②硅塊→破碎→皮帶→斗提→制粉機→氣固分離→分篩→成品倉 放空←抽風機←布袋過濾←鼓風機← →粗粉回制粉機 ↑進N2 →細粉回收 

          ③原料硅塊倉→皮帶稱→一級破碎→分篩(旋振篩)→二級破碎沖旋式粉碎←給料機電磁振動←斗提←↑ →篩分→粗粉回斗提 中粉貯存→二級篩分→細粉倉→布袋過濾→抽風機→尾氣放空包裝微細粉← 六、金屬硅粉組成設備 根據工藝條件與技術要求,匹配以ZYF430型沖旋式制粉機組為核心,前后系統配置的定型設備及非標設備見表5。 表5: 序號 設備名稱 型號規格 數量 材質 1 原料倉 L2非標 1 A3碳鋼 2 振動給料機 GZ2F定型 1 碳鋼 3 顎式破碎機 PE-400-250定型 1 鑄鋼 4 沖旋式粉碎機 GCF430定型 1 鑄鋼 高溫錳鋼 5 斗式提升機 D200 1m/s定型 1 A3碳鋼 6 振動篩 ΦHY-1500 1 與物料接觸部為不銹鋼 篩網不銹鋼 7 離心風機 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

          六、活性好的金屬硅粉

          不同的制粉方法得到的金屬硅粉活性是有區別的,判定活性的因素為:粉粒的微觀結構,比表面積、粒徑級配、表面保護和設備鋼耗等。 ①微觀結構:化學成份符合要求指標的硅,煉制中已獲得最佳微觀結構,保證其擁有參與反應的最佳活性,即其天性或自然性能,制粉時一定要盡量降低對其天然微觀結構的劣化作用,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構。表1中列舉四法中,以沖旋法為最佳。因為它利用凌空打碎硅塊的方式,讓其自身循著體內最薄弱環節碎裂,沒有擠、壓、碾引起的結構變形。 ②比表面積:粉粒的表面積是單位質量所占有的表面積以m2/g為單位。它是參與化學反應能力的重要指標。硅粉比表面積大,參與反應速度加快,反應更完善,硅的利用率高,反應區域流化態更理想,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重要指標。表1中列出各類粉的比表面積,其中以沖旋粉為最佳。 ③粒度級配:直接合成法是流化態中分步完成的,物料粒度逐步變化,其表面不斷進行更新,反應完全,硅的單耗也明顯下降。所以,硅粉粒徑粗細搭配成粒級,以便獲得最佳效果,來制定相應的最適宜的粒度級配。因此制粉方法必須保證粒度組成可調,而且得率更高。如制取1t硅粉的粒級0.1mm~0.4mm約占85%以上是最適宜合成反應的,這是國外某家10萬t/a有機硅粗單體流化床使用的Si粉原料指標。 ④表面保護:生產出符合質、粒指標要求的合格成品硅粉,表面需要活性保護,

          其原則有三:1、有利于化學反應;2、有利于預防燃燒;3、有利于保持松散干燥。

          硅的氧化性能較強,尤其是微細粉狀態,在空氣中遇到明火能燃燒,生成二氧化硅同時放出大量的熱:Si+O2→SiO2。 由此可以采取兩種制粉保護方法:1、氮氣保護,在制粉過程中進行氮氣循環和不斷地補充新鮮N2,控制循環N2含量≥93%,O2的含量≤7%。2、大氣條件下,封閉系統,比較干燥的空氣同原料硅塊同時進入制粉系統,定量給料,空氣和碎硅塊在機內形成微負壓運行,隨后制取硅粉,排放空氣不循環使用。如:沖旋機制取硅粉。

          在成品金屬硅粉貯存和運輸、輸送中,一般都采用封閉、N2封和N2輸送,這也是保護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產實踐,參與化學反應后的效果如何以及在市場競爭中的能力表現。當然,為獲得高活性,還有一個掌握制粉方法的問題,需要一個認識過程,要經得起時間的檢驗。 輥磨法在制粉過程中,需要高能耗N2保護,其保持制粉系統內N2≤93%,每噸產品需要耗N2量>300m3,由于循環N2在制粉系統溫度升高,達到60℃~70℃,其中還含有7%氧氣,微硅粉表面N2、O2化也就難免了。而且制粉過程中,鋼耗也較高,大約在0.15kg/t,鋼耗(鐵粉)及易沾附在細硅粉的表面,輥磨法制得的硅粉,外觀呈暗黑色。無保護N2氣的沖旋法制得的硅粉,外觀卻是亮晶晶的。就其沖旋機制粉系統內溫度一般<40℃,鋼耗主要在刀片上,每噸粉耗鋼約0.1kg~0.05kg以下。從中可以看出:兩種生產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。

           

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