[发明专利]硅砂造粒体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型的硅砂造粒体。具体地提供下述硅砂造粒体及其制造方法，该硅砂造粒体具有可进行与制造金属硅时通常用作原料的硅石同样的处理的性状、能够在金属硅的制造中代替硅石。

背景技术

一般金属硅如下得到：原料使用作为硅源的硅石以及作为还原材料的木炭、焦炭、煤、木屑等，它们的混合物在电弧炉内约2000℃下将硅石还原。上述硅石通常使用尺寸为5mm～200mm的硅石。这是为了确保炉内的透气性。即，上述电弧炉内，由于硅石的还原反应的过程中以气相形式生成了一氧化碳（CO）气体和一氧化硅（SiO）气体，因此需要将它们的全部或一部分透过上述原料层放出。

作为上述硅石的主要成分的二氧化硅（SiO₂）的还原反应主要按照下述式（1）进行。

SiO₂+2C→Si+2CO    （1）

然而，认为实际上反应是复杂的，可分解为如下述的各基元反应，这些基元反应并行发生。

SiO₂+C→SiO+CO     （2）

SiO+2C→SiC+CO     （3）

SiO₂+3C→SiC+2CO   （4）

SiO+SiC→2Si+CO    （5）

SiO₂+2SiC→3Si+2CO （6）

SiO+C→Si+CO       （7）

SiC+SiO₂→Si+SiO+CO（8）

Si+SiO₂→2SiO      （9）

如此，电弧炉内温度范围下的凝聚相为SiO₂、C、SiC、Si，气相为CO、SiO。另外，由炉内电极前端附近的高温部基于式（2）的反应生成SiO气体。并且，关于原料层的上部，生成的SiO气体、CO气体上升而从层的间隙被排出时，作为其通路的间隙的壁面附着了下述反应生成的析出物。

3SiO+CO→SiO₂+SiC   （10）

2SiO→Si+SiO₂       （11）

另一方面，相比于硅石，由于硅砂的资源量丰富且开采容易，因此具有能够代替硅石作为金属硅的原料的较大优势。

然而，相比于硅石，将硅砂作为原料时空隙变少，由前述式（10）、（11）的反应生成的析出物附着时，相比上述硅石，空隙显著减少，担心难以排出电弧炉内的反应中生成的CO、SiO气体。另外，由式（2）～（8）可知，CO发生滞留时会阻碍反应的进行。其还会使SiC在炉底沉降固化而成为操作故障的原因。

因此，作为供给电弧炉的金属硅的原料，需要将硅砂造粒，以便具有与硅石同等的大小、强度的性状。

对此，专利文献1记载了：将硅砂与含石油焦炭及沥青的结合剂这样的非烧结碳载体混合固化来形成生颗粒（green pellet），对其进行固化加热处理从而形成电弧炉中的装填原料颗粒。

然而，由于通过上述固化加热处理使得结合剂不熔化是从表面进行的，因此颗粒尺寸变大时使得直至内部不熔化较困难，将其作为装填原料投入电弧炉内的情况下，颗粒内部未不熔化的沥青随着温度上升而软化使得抗碎强度降低，存在颗粒崩解的可能。并且，由于颗粒的崩解，原料层内部的透气性降低，难以排出电弧炉内反应中生成的CO、SiO气体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特公平05-000335号公报

发明内容

发明要解决的问题

因此，为了代替制造金属硅时通常用作原料的硅石，本发明的目的在于提供具有可进行与硅石同样的处理的尺寸及强度的硅砂造粒体、以及用于有效制造该硅砂造粒体的方法。

用于解决问题的方案

本发明人等针对上述目的进行深入研究，结果发现，采用具有特定的平均粒径及抗碎强度的硅砂造粒体可实现所述目的。

得到下述见解：造粒体结构中，使与SiO₂有反应性的无机物质介于硅砂颗粒间时，即使进行较低温的加热处理也能够提高强度；另外，还能够解决高温下的强度降低的问题，通过选择碱土金属化合物作为上述无机物质、典型的是钙化合物或镁化合物，可实现所述目的，并且通过使用碱土金属化合物，发现将该造粒体用作上述硅制造用原料时，能够显著提高所得到的金属硅的纯度，从而完成本发明。