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《昆明理工大学》 2007年
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工业硅生产中替代木炭的新型煤基还原剂的制备研究

翁巧银  
【摘要】: 随着半导体产业及光伏产业的迅猛发展,工业硅的需求量与日俱增。工业硅属高能耗产业,其生产主要采用硅石为原料,炭质材料作为还原剂,在电热炉内生产的。长期以来,木炭是用于硅冶炼最好的还原剂。但随着环保意识的增强,森林的禁伐,导致了木炭的货源紧缺,价格大幅度上涨,严重影响了炼硅企业的经济效益。为缓解工业硅生产中能源紧缺问题,开发出一种来源更为广泛,价格更低廉的炭质还原剂势在必行。本研究针对这一问题,采用来源更为广泛,价格相对较低的煤为原料制备新型煤基还原剂。 本研究主要目的为采用烟煤以及褐煤为原料,制备替代木炭用于工业硅生产的煤基还原剂。主要内容有①针对烟煤作还原剂,其各项性能较好但存在灰分高的问题,采用油团聚选择性絮凝工艺,除去煤中的大部分灰分,制备得到低灰分精煤以适应生产需要。②根据云南褐煤资源丰富,且价格低廉的特点,以褐煤为原料采用中低温干馏对褐煤进行炭化处理,脱去其中的大部分水分和挥发分,得到性能较好的褐煤半焦。通过分析褐煤半焦灰分的成分,针对其中有害杂质主要以金属氧化物的形式存在,采用化学脱灰法,对半焦进行处理。得到精制半焦的炭化条件以及脱灰的最佳条件,为应用于工业化生产提供理论基础。 通过实验研究以及精煤的性能测定,可得到①对烟煤进行油团聚脱灰处理其主要影响因素有煤的粒径大小、水煤浆浓度的大小、团聚剂油用量以及絮凝时间。且通过单因素实验得到煤的粒径为250目、水煤浆浓度为0.033g/mL、油用量为10mL、絮凝时间为10min时实验效果最佳,烟煤灰分可由11.61%降至4%,理论上可用于工业硅的生产。②对云南褐煤采用中低温干馏制备得到各项性能较好的褐煤半焦,通过分析其中灰分的主要成分进行脱灰处理,得到最佳条件:炭化终温为500℃,碳化时间为1h制备得到褐煤半焦,酸浸半焦粒径为0.5mm<r<1mm,盐酸浓度为5mol/L,液固比值为5,酸浸时间为24小时,半焦灰分可由10.30%降为6.04%,其中脱铁率达到了73.78%,有害成分大幅度减小,可用于炼硅。 本文对工业化实验进行了环境评估和技术经济评价。本工业化实验生产规模(达产年)为处理原料褐煤5万t/a,生产深度脱灰半焦10000t/a及煤焦油1000t/a。项目投入的总资金为900.00万元,年销售收入为1120.00万元,在预计10年经济寿命期内,共计为国家及地方交纳602.56万元税金和392.93万元,在项目的主要经济指标中,其中投资利润率为29.11%、投资利税率为35077%、销售利润率24.36%及成本利润率为34.77%。作为主要经济指标之一的投资回收期为:税前的投资回收期为2.79年和税后的投资回收期为4.04年。因此从各项经济指标来看,项目的经济运行情况将会良好运转,为国家和地方发展做出巨大贡献。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN304.05

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