Способ получения кремния

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электротермическому производству кремния из кремнеземсодержащей шихты. Сущность изобретения: используют в составе шихты нефтекокс с размером частиц +5-8 мм в количестве 3,5-6 мас. %, причем перед подачей в печь нефтяной кокс смешивают сначала с древесной щепой до получения однородной массы, затем вводят древесный уголь, нефтяной кокс и каменный уголь. 2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электротермическому производству кремния.

В настоящее время технический кремний получают электротермическим способом путем высокотемпературного восстановления кремнезема углеродом. Процесс восстановления кремнезема включает следующие основные стадии: образование оксида кремния (SiO) путем испарения кремнезема в восстановительной атмосфере, взаимодействие оксида кремния с углеродом с образованием карбида кремния (SiC), взаимодействие карбида кремния с кремнеземом и оксидом кремния с образованием элементарного кремния.

В производственной практике выплавку кремния осуществляют в одно- или трехфазных электропечах путем загрузки шихтовых материалов на колошник печи и высокотемпературном восстановлении кремнезема до кремния [1] Однако данный способ характеризуется значительной (до 25%) величиной потерь ценного компонента с отходящими газами в виде оксида кремния (SiO). Для предотвращения улета SiO электропечной процесс ведут с высоким избытком углерода в шихте, превышающим в отдельных случаях 35% [2] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является применяющийся в настоящее время на Иркутском алюминиевом заводе способ выплавки кремния в трехфазной электропечи, заключающийся в загрузке шихты на колошник печи и карботермическом восстановлении кремнезема смесью углеродистых восстановителей, содержащей древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь и древесную щепу. При этом, кроме показателей качества углеродистых восстановителей, регламентируется также их фракционный состав. Так нефтяной кокс загружаемый в печь должен соответствовать классу крупности +8-25 мм [3] Недостатком способа является низкое извлечение кремния и повышенный расход электроэнергии.

Задача изобретения состоит в увеличении извлечения кремния и снижении удельного расхода электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения кремния, включающем восстановления кремнезема восстановительной смесью, состоящей из древесного угля, каменного угля, древесной щепы и нефтекокса, нефтекокс в составе восстановительной смеси используют крупностью +5-8 мм, в количестве 3,5-6,0 мас. от массы шихты, причем нефтекокс вначале смешивают с углеродсодержащим материалом, имеющим наименьшую насыпную массу, затем полученную смесь добавляют к остальным составляющим шихты.

Известно [4] что наряду с положительными качествами, нефтекокс обладает низкой реакционной способностью и высокой электропроводностью, что отрицательно сказывается на технико-экономических показателях производства кремния.

Установлено, что на реакционную способность в значительной степени влияет изменение удельной поверхности материала. Проведенные эксперименты с измельченным и разделенным на фракции нефтекоксом, результаты которых приведены в табл.1, показали, что уменьшение размера частиц нефтекокса с +8-25 до 0-2,5 мм способствует повышению удельной поверхности с 2,5 до 9,2 м²/г.

Из табл. 1, также следует, что с повышением удельной поверхности увеличивается удельное электрическое сопротивление (УЗС) материала, которое складывается из собственно электросопротивления частиц и сопротивления контакта между отдельными частицами. Поэтому с уменьшением размера частиц нефтекокса и увеличением плотности упаковки, достигается увеличение числа микроконтактов и УЗС материала.

Однако, положительные свойства мелких фракций нефтекокса зачастую не компенсируют влияния мелочи (-5 мм) на протекание восстановительного процесса в электропечи. Это связано с резким ухудшением газопроницаемости колошника, ухудшением баланса углерода в процессе за счет угара мелких классов нефтекокса в условиях доступа кислорода в верхних горизонтах колошника электропечи. Следствием этого является снижение извлечения кремния и увеличения удельного расхода электроэнергии.

По этой причине нефтекоксовую мелочь (-5 мм) не следует использовать в процессе.

С целью снижения сегрегации измельченных частиц нефтекокса и их окисления на колошнике печи, что приводит к дополнительным потерям SiO и снижению производительности печи, нефтекокс перемешивают с легковесным углеродистым материалом, имеющим малую насыпную массу.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что: нефтекокс используют крупностью +5-8 мм; нефтяной кокс используют в количестве 3,5-6,0 мас. от общей массы шихты.

Пример. Способ был осуществлен на крупнолабораторной однофазной двухэлектродной печи с проводящей подиной мощностью 200 кВт.

Нефтяной кокс марки КЗА измельчают, выделяют фракцию (+5-8) мм, затем смешивают ее с легковесной древесиной щепой в шнековом смесителе до получения массы. Далее смесь материалов поступает на транспортерную ленту, где ее смешивают с остальным количеством составляющих шихты в виде "слоеного пирога". При этом используют шихту следующего состава, мас.

Кварцит 41,7 Нефтекокс 5,0 Древесный уголь 8,0 Каменный уголь 12,4 Древесная щепа 32,7 Полученную шихту направляют в карманы РТП, откуда по мере надобности по труботечкам подают на колошник печи.

Другие примеры, а также показатели прототипа приведены в табл.2.

Как следует из табл.2, предел крупности и количества нефтекокса обусловлен снижением извлечения кремния и увеличением удельного расхода электроэнергии.

Формула изобретения

Способ получения кремния, включающий электротермическое воздействие на шихту, состоящую из кремнезема и восстановительной смеси, содержащей древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь и древесную щепу, отличающийся тем, что нефтяной кокс используют крупностью 5 8 мм в количестве 3,5 6,0 мас. от количества шихты, причем перед подачей в печь нефтяной кокс смешивают сначала с древесной щепой до получения однородной массы, затем вводят остальные компоненты шихты.

РИСУНКИ

Рисунок 1