木炭因其灰分低,孔隙率高,是工业硅生产的最佳碳质还原剂。随着森林资源的日益匮乏,人类环保意识的提高,导致木炭价格升高甚至木炭厂停产,对工业硅生产造成严重影响。因此,寻找完全替代木炭的碳质还原剂已刻不容缓。工业硅生产用碳质还原剂具有以下要求：化学成分要求固定碳高、水分低、挥发分适中、灰分低(灰分含量<5%,Fe含量<0.2%)；具有一定的机械强度；粒度组成合适；电阻率高和化学反应能力强。本论文以云南周边地区的提供的烟煤和生产中由于运输、破碎、洗料等工艺产生的粉料(简称粉料)为原料,两者颗粒粒度小,制团后方能入炉。冷压成型后除化学成分外,其他性能通过生球抗压强度、干球抗压强度、抗碎率、热强度和孔隙率来反映。烟煤灰分含量为16.09%,需要进行预处理。粉料化学组成满足工业硅生产的要求,不需进行预处理。本论文首先研究了烟煤的预处理,并对工业硅生产用碳质还原剂球团的原料进行选择。烟煤预处理过程分为浮选和酸浸两个阶段,浮选最佳工艺参数如下：选用三粗两精闭路实验流程,起泡剂松醇油用量为120g/t；捕收剂柴油用量为600g/t；抑制剂玻璃用量为2300g/t。经浮选后,灰分含量为4.68%,Fe元素含量为0.32%,不能满足工业硅生产对碳质还原剂化学成分的要求,需对其进一步脱灰除铁。酸浸脱灰除铁过程采用4mol/L盐酸浸出,反应温度为60℃,浸出时间为60min,液固比为5：1,废酸循环使用3次后,酸浸后的精煤灰分含量为3.89%,Fe含量为0.17%,满足工业硅生产对碳质还原剂化学成分的要求。将预处理后的烟煤或粉料作为球团原料进行冷压制团,比较球团性能,选用粉料作为工业硅生产用碳质还原剂球团的原料。其次,以R为粘结剂,研究了冷压成型过程,最佳工艺参数如下：成型压力为25MPa, NaOH溶液浓度为4.8mo1/L、含量取8.0%,微硅粉加入量为8.0%,洗精煤：石油焦：木炭为9.3：8.8：1(质量一定),成型颗粒最大粒度范围为3.3mm～4.75mm、比例占60%；R粘结剂含量为3.5%。在此条件下,所制备的球团性能最佳,生球抗压强度为698.0N,干球抗压强度为6985.0N,抗碎率为93.68%,热强度为55.25%,孔隙率为14.69%。生产结果表明：此球团可以用于工业硅生产,但炉况较差,球团性能有待提高。本论文以此球团性能为参考。再次,研究了以煤沥青、NaHA(腐植酸钠)、木质素磺酸钠、水玻璃以及淀粉类粘结剂(淀粉A、淀粉B、淀粉C与淀粉D)对球团性能的影响,其中以淀粉D制备的球团性能最佳,综合考虑,其含量选用1.96%,此时,生球抗压强度为873.2N,干球抗压强度为8091.4N,抗碎率为99.21%,热强度为94.44%,孔隙率为5.86%。以上性能除孔隙率外其他性能均满足生产要求,因此,在此基础上,进一步研究了非生物质造孔剂空心微珠、氧化钙和生物质造孔剂稻壳、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆与木屑对球团性能的影响,结果表明,除空心微珠制备的球团不能满足工业硅生产要求外,以其他物质为造孔剂制备的球团性能均较好。当选用水稻秸秆为造孔剂时,最佳含量为2.5%时,成型颗粒最大粒度为4.75mm,分布模数为0.5时球团性能最佳,在此条件下,生球抗压强度为4700.2N,干球抗压强度为9536.1N,抗碎率为99.07%,热强度为96.21%,孔隙率为30.78%,能满足工业硅生产的要求。此外,研究了冷压成型过程中含水率、润湿介质和粘结剂、造孔剂、成型压力、物料粒度组成对球团性能影响机理,得到以下结论：冷压成型过程中,以NaOH溶液为润湿介质时,NaOH与淀粉D反应产生的新化学键对颗粒的结合能力提高。颗粒与粘结剂之间的结合力是机械结合力和物理化学结合力综合作用的结果,其中,机械结合力的作用大于物理化学结合力的作用。水稻秸秆在球团中提高孔隙率的主要是由于本身其密度小,外力消失后容易发生塑性形变等特性决定的；原料粒度组成符合GGS粒度特性方程时,球团性能最佳。最后将最佳工艺参数下制备的球团投入25.5MVA半封闭旋转矿热炉中,通过工业化生产数据分析可知：该球团能够满足工业硅生产的要求,最佳替代量为80%。