[发明专利]副产煤气的高品位碳化硅生产方法

说明书

本发明涉及碳化硅的生产方法，特别是以含硅成份较高的农作物及野生植物的籽壳和茎杆为原料副产煤气的高品位碳化硅生产方法。

碳化硅具有耐磨、耐高温、耐腐蚀的优良特性，是一种用途十分广泛的工业原料。传统的碳化硅生产方法是以石英砂、焦炭为原料。经粉碎、混合入电弧炉反应得粗品碳化硅烧结块，然后经破碎、球磨、酸洗、中和、水洗、干燥、磁选、筛分得精品碳化硅。由于石英砂矿中含有多种金属无机盐杂质，所以制得的碳化硅纯度和品位难以进一步提高，而且制备能耗极高，每吨精品碳化硅耗电量约为10000度。发明专利92107329．1公开了一种以稻壳、稻杆干馏为原料制碳化硅的方法，它是将稻壳、稻杆干馏后入窑高温反应得粗品碳化硅，再燃烧除去粗品碳化硅中大量的过剩碳，最后粉碎、过筛得精品碳化硅。与传统的方法相比，用稻壳、稻杆制得的碳化硅品位及质量均有较大提高，但大量非参于反应的过剩碳送入高温反应窑内，降低了反应窑的生产能力，同时增加了不必要的能耗。众所周知，碳化硅反应是高能耗的过程，而过剩碳却白白地烧掉，显然，这种工艺流程不尽合理。加之，过剩碳的存在增加了碳化硅后处理的工作量，并使碳化硅的品位难以进一步提高。

本发明的目的是提供一种以含硅植物的籽壳，茎杆为原料，并以原料中过剩碳副产煤气的碳化硅生产方法，以实现节能并进一步提高碳化硅的品位。

本发明生产碳化硅的方法是以富含硅的农作物、野生植物的籽壳、茎杆为原料，如稻壳、稻杆、棉籽壳等，这些原料富含有机态的硅和碳，其中碳含量远超过生成碳化硅的需要量。本发明根据原料中碳、硅含量的比例，计算出过剩碳量，在生成碳化硅之前，先将大部分过剩碳通过气化炉转化为煤气，然后配制成碳组份适当过量的碳、硅混合物料，送入电弧炉反应。具体步骤如下：将原料送入干馏炉，干馏除去挥发组份，获含硅炭粉，将含硅炭粉的大部分(其量通过计算确定)用粘接剂调制成块状炭，送入气化炉，同时向气化炉通入水蒸汽和空气，在800-1200℃下反应生成煤气，反应式如下：

上述煤气经常规的除尘、热回收、冷却、除焦油处理后，供生产、民用或送入发电装置转化为电能。上述入气化炉的物料所含的碳转化为煤气后，剩下的硅组份被浓缩存在于炉底排灰、除尘器排灰及冷却沉降的地沟灰中，收集上述以硅为主要成分的灰份，将该灰份与前述干馏所得的另一部分含硅炭粉按碳、硅组分的分子比为C∶Si=1．1-1．3∶1均匀混配成反应物料，将该物料加入电弧炉内，复于中心电极的周围，通电14-20小时，在1700-2100℃高温下隔绝空气反应，生成粗品碳化硅，出炉后进行常规的破碎、球磨、酸洗、中和、水洗、干燥、筛分处理，得精品碳化硅。

上述过程中，将含硅炭粉调制成块状炭的粘接剂是水玻璃、煤焦油、含硅高的粘土中的任意一种。

为确保反应效果，本发明还可在电弧炉上述配比的反应物料的外围加入一层按C∶Si=1．4-1．6∶1配比混配的保温层物料。利用该保温层物料中富余的碳因空气渗入而燃烧产生高温，从而在内层反应物料的周围形成保温层，同时该保温层物料烧结后形成屏障，阻挡外界空气继续渗入炉内，减少反应层碳的燃烧损失，提高碳化硅产率。外层保温层物料中过量碳燃烧后留下的灰份中含有浓缩的硅，可作为硅组分参于下一次反应物料的配制。

综上所述，本发明采用富含硅的植物籽壳、茎杆生产碳化硅，原料廉价，来源广，原料中的硅和碳以有机态存在，不含无机盐杂质，所以制得的碳化硅质轻，易破碎，性能好，品位高，可适用于航天等尖端科技领域的需要。本发明利用原料中过剩碳副产煤气，可自用或供出，也可全部转换为电力，提供电弧炉用电达到节能目的。本发明在生成碳化硅之前己将大部分过剩碳除去，可将除碳后以硅为主要成分的灰份、碳为主要组分的含硅炭粉混配成碳组分适当过量的反应物料入炉反应，可避免大量多余碳在炉内积累而造成不必要的能耗，更重要的是由于过剩碳提前除去，使碳化硅纯度和品位进一步提高，粗品碳化硅纯度就可达到99％，精品碳化硅纯度可达99．8％。可见，本发明在节省能耗、降低生产成本及提高碳化硅品质等方面有突破性进展。