本發(fā)明涉及一種高鈣型工業(yè)硅熔體制備有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉的方法，屬于工業(yè)硅生產(chǎn)。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)硅是硅基合金、有機(jī)硅和硅基光伏電池的基礎(chǔ)原料，其中有機(jī)硅需要的工業(yè)硅原料要求具備低fe、ca等特點(diǎn)。然而，隨著有機(jī)硅和光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致低雜質(zhì)含量工業(yè)硅的需求和價格均呈快速增長趨勢，嚴(yán)重影響了有機(jī)硅企業(yè)競爭能力的提升。實(shí)際上對工業(yè)硅而言，高鈣型工業(yè)硅和低雜質(zhì)含量的工業(yè)硅之間成分基本一致，僅雜質(zhì)含量存在微量差異，這使高鈣型的工業(yè)硅用于有機(jī)硅單體合成提供了可能。

2、工業(yè)硅合成的有機(jī)硅單體包括，二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷和一甲基三氯硅烷，其中二甲基二氯硅烷的用途最廣、用量最大、價值最高。工業(yè)硅合成有機(jī)硅單體時，通常使用選擇和活性評價有機(jī)硅用工業(yè)硅的品質(zhì)。選擇性即為二甲基二氯硅烷相對于其他副產(chǎn)物的數(shù)量，活性為合成二甲基二氯硅烷的反應(yīng)速率。相關(guān)文獻(xiàn)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，工業(yè)硅中物相能嚴(yán)重影響工業(yè)硅合成二甲基二氯硅烷的活性和選擇性。工業(yè)硅中的物相具體包括，fesi2、casi2、si2al2ca、tifesi2、si2al3fe、si7al8fe5和si8al6fe4ca相。其中，si2al2ca對活性的提高有著顯著的作用卻不利于選擇性的提高，si8al6fe4ca是能提高選擇性的唯一相，si2al3fe對選擇性和活性均不產(chǎn)生影響，其余物相對工業(yè)硅合成二甲基二氯硅烷而言均是有害相。因此工業(yè)硅可以通過調(diào)整si2al2ca和si8al6fe4ca的相對含量在選擇性和活性之間獲得平衡。然而，高鈣型的工業(yè)硅凝固結(jié)束后將形成大量casi2、fesi2、si2al2ca和少量的si8al6fe4ca相，從物相來看，casi2、fesi2不利于有機(jī)硅單體的合成。為了避免高鈣型工業(yè)硅中有害相對合成二甲基二氯硅烷的影響，有機(jī)硅的企業(yè)傾向采購價格高昂的低雜質(zhì)含量工業(yè)硅制備有機(jī)硅產(chǎn)品，這在一定程度上削弱了相關(guān)企業(yè)的盈利能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對因冶煉原料特性導(dǎo)致的高鈣型工業(yè)硅析出的物相成分和含量不穩(wěn)定、高鈣型工業(yè)硅附加值低、高鈣型的工業(yè)硅在合成有機(jī)硅單體時大量的casi2導(dǎo)致二甲基二氯硅烷產(chǎn)率低等實(shí)際問題，本發(fā)明提出一種高鈣型工業(yè)硅熔體制備有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉的方法，即通過在硅熔體爐外精煉完成時獲取高鈣型硅熔體中的主要金屬雜質(zhì)含量后，基于金屬間化合物轉(zhuǎn)變機(jī)制，研究出合金劑(al)添加量計(jì)算公式，定量添加合金劑al以調(diào)整硅熔體成分，保溫精煉后澆注并控制硅熔體凝固速率，使其形成大量有益的si8al6fe4ca和si2al2ca相，同時避免有害夾雜物相casi2的析出，制備出有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉，以提高有機(jī)硅單體合成過程的選擇性和活性。

2、本發(fā)明鑒于當(dāng)前的爐外精煉工業(yè)對去除fe、ti雜質(zhì)效果不佳，對al、ca效果較好，綜合考慮了工業(yè)硅中各個物相對合成二甲基二氯硅烷的效率的影響后采用al進(jìn)行成分微調(diào)劑，以實(shí)現(xiàn)靶向調(diào)控物相目的。添al靶向調(diào)控后casi2、fesi2相消失，雜質(zhì)組元將完全形成si8al6fe4ca和si2al2ca相，有助于有機(jī)硅單體合成過程的選擇性和活性。

3、一種高鈣型工業(yè)硅熔體制備有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉的方法，具體步驟如下：

4、(1)高鈣型硅熔體爐外精煉完成時快速分析得到高鈣型硅熔體中的主要金屬雜質(zhì)的含量，其中高鈣型硅熔體中fe與ca的質(zhì)量比值＜5.56；主要金屬雜質(zhì)包括鐵、鋁、鈣、鈦、釩、鎳和錳；

5、(2)根據(jù)高鈣型硅熔體中主要金屬雜質(zhì)鐵、鋁、鈣的含量計(jì)算出合金劑al的添加量以調(diào)控熔體成分；

6、(3)根據(jù)計(jì)算的合金劑al的添加量，將合金劑al添加至高鈣型硅熔體中，在精煉爐中保溫精煉使熔體成分均勻，然后將硅熔體進(jìn)行澆注并控制硅熔體凝固速率，凝固結(jié)束后得到析出物相可控的工業(yè)硅錠，工業(yè)硅錠破碎、制粉即為有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉。

7、所述步驟(2)合金劑al的添加量的計(jì)算公式為：

8、

9、式中，mal添加量，為需要加入硅熔體的含量；mfe、mca、mal則分別為精煉完成后獲得的fe、ca、al雜質(zhì)含量；mfe、mca、mal則分別為fe、ca、al的相對分原子質(zhì)量；

10、優(yōu)選的，所述步驟(3)保溫精煉的溫度為1450～1650℃，時間為10～60min。

11、優(yōu)選的，所述步驟(3)硅熔體凝固速率為：硅熔體溫度高于700℃時，硅熔體凝固速率為5～50℃/min；硅熔體溫度不高于700℃時，自然冷卻凝固。

12、所述步驟(4)有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉中si8al6fe4ca含量為0.10～0.60wt.％，casi2含量小于0.30％。

13、本發(fā)明的有益效果是：

14、(1)針對現(xiàn)有工業(yè)硅爐外精煉時因原料差異和精煉工藝的不同導(dǎo)致高鈣型工業(yè)硅物相成分不可控、企業(yè)采購昂貴的低雜質(zhì)含量工業(yè)硅制備有機(jī)硅、澆注空冷時物相生長不徹底等問題，本發(fā)明對爐外精煉后的高鈣型工業(yè)硅，根據(jù)工業(yè)硅熔體的重量和其雜質(zhì)含量及比例，直接將合金劑al加入到工業(yè)硅熔體中進(jìn)行調(diào)整熔體成份并充分保溫使其充分混勻，然后進(jìn)行澆注凝固。硅熔體澆注完成后在控制凝固速率的前提下實(shí)現(xiàn)物相的控制形成，凝固結(jié)束后經(jīng)破碎制粉后得到用于有機(jī)硅合成的工業(yè)硅產(chǎn)品，具有產(chǎn)品附加值高、原料適用性強(qiáng)、使用現(xiàn)行裝備或僅需簡單改造、生產(chǎn)效率高、適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)；

15、(2)本發(fā)明采用添加合金劑al金屬調(diào)整熔體成分、爐內(nèi)保溫使熔體成分均勻、澆注成形同時控制冷卻速率、破碎和制粉等手段，在現(xiàn)行裝備或簡單改造的條件下制備合成有機(jī)用的工業(yè)硅，提高了高鈣型工業(yè)硅合成二甲基二氯硅烷的效率、避免了相關(guān)企業(yè)采購昂貴的低雜質(zhì)含量工業(yè)硅制備有機(jī)硅等問題，有利于增加高鈣型工業(yè)硅產(chǎn)品的附加值；

16、(3)本發(fā)明制備的工業(yè)硅用于有機(jī)硅單體合成可以提高二甲基二氯硅烷單體的生產(chǎn)效率，同時對高鈣型工業(yè)硅產(chǎn)品的雜質(zhì)含量沒有具體要求，對于緩解低雜質(zhì)含量工業(yè)硅料供應(yīng)緊張、實(shí)現(xiàn)相關(guān)企業(yè)“降本增效”、提高資源利用率等方面具有積極作用。

技術(shù)特征：

1.一種高鈣型工業(yè)硅熔體制備有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉的方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鈣型工業(yè)硅熔體制備有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉的方法，其特征在于：所述步驟(2)合金劑al的添加量的計(jì)算公式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鈣型工業(yè)硅熔體制備有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉的方法，其特征在于：所述步驟(3)保溫精煉的溫度為1450～1650℃，時間為10～60min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鈣型工業(yè)硅熔體制備有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉的方法，其特征在于：所述步驟(3)硅熔體凝固速率為：硅熔體溫度高于700℃時，硅熔體凝固速率為5～50℃/min；硅熔體溫度不高于700℃時，自然冷卻凝固。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高鈣型工業(yè)硅熔體制備有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉的方法，其特征在于：所述步驟(4)有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉中si8al6fe4ca含量為0.10～0.60wt.％，casi2含量小于0.30％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高鈣型工業(yè)硅熔體制備有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉的方法，屬于工業(yè)硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明基于硅熔體爐外精煉后熔體中Ca雜質(zhì)過高，導(dǎo)致工業(yè)硅產(chǎn)品中的高CaSi<subgt;2</subgt;含量，以此工業(yè)硅為原料合成有機(jī)硅單體時二甲基二氯硅烷選擇性低等實(shí)際問題，通過在硅熔體爐外精煉完成時獲取高鈣型硅熔體中的主要金屬雜質(zhì)含量后，定量添加合金劑Al以調(diào)整硅熔體成分，保溫精煉后澆注并控制硅熔體凝固速率，使其形成大量有益的Si<subgt;8</subgt;Al<subgt;6</subgt;Fe<subgt;4</subgt;Ca和Si<subgt;2</subgt;Al<subgt;2</subgt;Ca相，同時避免有害夾雜物相CaSi<subgt;2</subgt;的析出，制備出有機(jī)硅單體合成用工業(yè)硅粉，以提高有機(jī)硅單體合成過程的選擇性和活性。

技術(shù)研發(fā)人員：魏奎先,周磊,鄧小聰,馬文會
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7