DOC《废弃碳材料对工业硅冶炼的影响研究》

3 The changes of the actual and theoretical silicon output and power consumption in the test period 平均值 实际工业硅产量 (t/t) 理论工业硅产量 (t/t) 工业硅回收率 电耗 (kWh/t) P1 5.050 6.316 0.800 13823.541 相对于P2的降幅 -0.033 -0.010 -0.019 -0.0009 P2 4.883 6.253 0.785 13810.962 P3 5.023 6.222 0.811 13971.748 相对于P2的降幅 -0.028 0.005 -0.032 -0.012 2.2 废弃碳材料替代部分还原剂对产品质量的影响 对比试验期间产品质量的变化,总体上讲产品质量稳定,以每班检测硅锭两块不同位置的成分得到具体分析如下: 由图1和表4结合可以明显的看出Fe、Al、Ca的含量在试验期间出现了明显的下降趋势,说明是废弃碳材料中Ca、K的协同催化反应,起到了强化冶炼的作用.其中试验期Fe的含量相比试验前增幅仅为8.459%,并且观察下降趋势可以看出如果增加试验时间或者增加废弃碳材料的配比,工业硅的Fe含量有望进一步降低.Al的整体水平试验中期比试验前期和试验后期的含量减少明显,降幅达到19.089%和19.762%,说明废弃碳材料的替代起到很大作用.虽然原料废弃碳材料中Ca含量较高,但随着生产,使得产品Ca质量降低15.060%,试验后期虽然添加了石灰石作为催化剂但产品中Ca质量相比试验中期增加了3.425%,说明废弃碳材料中Ca元素比人为添加的Ca元素更能有效起到活化作用,且不影响产品质量. 图1 产品质量Fe、Al、Ca变化 Fig.

1 Product quality Fe, Al, Ca changes 结合图2和表4可以看出P的含量在试验期间整体水平较高,最大的原因是由于生产中所用硅石带入.Ti的含量增幅度不大(在3.120%~5.902%之间),后期明显降低.然而Cr、Ni在试验刚开始迅速上升但是随着试验的进行含量也开始降低,达到比试验前期和后期更低的含量,降幅达到10.769%~18.310%和4.906%~12.195%,图2也看出在试验后期Cr、Ni的含量较为稳定的处于高含量. 图2 产品质量 P、Cr、Ti、Ni变化 Fig.

2 Product quality P,Cr,Ti,Ni changes 综上所述,在用废弃碳材料改变还原剂种类和配比的过程中对产品质量的影响较小,从微观上看个元素的含量在试验期间均处于下降趋势,其中Al、Cr、Ni含量下降明显;

Ca含量降低微弱,但在强化冶炼上起到了很大的作用;

Ti变化不明显;

Fe含量增加,预想增加试验时间或增加废弃碳材料配比有望是产品其含量降低到稳定水平;

但对降低P含量效果不佳.表4进行汇总. 表4产品质量Fe、Al、Ca、P、Cr、Ti、Ni变化 Table

4 Product quality Fe、Al、Ca、P、Cr、Ti、Ni changes 质量平均值 Fe Al Ca P Cr Ti Ni P1 0.342 0.152 0.0277 0.00523 0.00361 0.0338 0.0147 P2 0.371 0.123 0.0235 0.00579 0.00322 0.0349 0.0140 相对于P2的降幅 0.08459 -0.19089 -0.15060 0.10733 -0.10769 0.03120 -0.04906 P3 0.378 0.154 0.0243 0.00469 0.00394 0.0329 0.0159 相对于P2的降幅 -0.01750 -0.19762 0.03425 0.25542 -0.18310 0.05902 -0.12195 2.3 废弃碳材料替代部分还原剂对碳排放的影响 这种废弃碳材料是我们通过实验将废弃植被碳化处理并进行扩大化生产得到,所以这种废弃碳材料来源于CO2,作为碳质还原剂释放CO2,所以对于大气是不增加碳排放的.以下对碳排放进行简要分析:石油焦的二氧化碳排放系数为3.56kg-CO2/kg,煤的二氧化碳排放系数为2.47kg-CO2/kg(数据来源于IPCC): 表5生产吨硅所用化石燃料产生的CO2排放情况 Table

5 CO2 emissions from fossil fuels produced per tonne of silicon 石油焦的CO2排放量(t-CO2/t) 煤的CO2排放量 (t-CO2/t) 总的CO2排放量(t-CO2/t) 相对于P2的CO2排放量的变化(t-CO2/t) P1 0.798*3.56 0.580*2.47 4.273 P2 0.630*3.56 0.491*2.47 3.456 -0.817 P3 0.817*3.56 0.572*2.47 4.321 -0.865 通过上面的计算可以看出在试验期间替代了部分还原剂由于废弃碳材料不计入碳排放,在保证产品质量的前提下,生产每吨工业硅消耗的化石燃料明显降低,并且在碳排放上达到生产每吨工业硅减少CO2排放达到0.817t和0.865t的水平.