Способ переплавки кремниевой пыли

 

Использование: получение кристаллического кремния. Сущность изобретения: кремниевую пыль нагревают в присутствии графита. Процесс осуществляют в индукционной тигельной печи, а для ускорения переплавки по оси тигля устанавливают графитовый стержень, или процесс осуществляют в ванне расплавленного кремния. При этом количество расплава составляет 20 - 40 мас.% кремниевой пыли. 2 з. п. ф-лы. 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при производстве кристаллического кремния.

Наиболее близким к заявляемому предложению является способ переплавки кремниевой пыли, включающий ее введение в расплавленный алюминий (в количестве 30% от массы алюминия), охлаждение и последующую переработку полученной лигатуры в электролизере, где происходит растворение кремния (Пинженин П.А. Бажин В.Ю. Способ переплавки кремниевой пыли. Рационализаторские предложения и изобретения, рекомендуемые министерством для внедрения в цветной металлургии, М. ЦНИИцветмет экономики и информации, 1989, N 10, 1989, с. 10).

Основным недостатком способа является сложность технологической схемы процесса переплавки кремниевой пыли.

Задачей изобретения является упрощение процесса.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе переплавки кремниевой пыли, включающем ее нагрев в активной среде, согласно изобретения в качестве активной среды используют графит. Кроме этого, нагрев пыли осуществляет в ванне расплавленного кремния, а количество расплава составляет 20 40% от массы пыли.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Кремниевая пыль образуется в процессе дробления кремния и его транспортировке потребителю. Известно, что в процессе измельчения частицы кремния необратимо адсорбируют кислород, следовательно поверхностный слой частиц представляет собой оксиды переменного состава типа SiO_x(x 1 - 2). Нагрев кремниевой пыли при наличии углерода приводит к появлению монооксида кремния и протеканию экзотермических реакций: и эндотермической реакции SiO₂ + 3C _→ SiC + 2CO (3) Из приведенных реакций видно, что основной вклад в процесс получения жидкого кремния вносит реакция (2), возможно образование кремния и по реакции: SiO + SiC _→ 2Si + CO (4) но ее вклад, по-видимому, в наших условиях переплавки сравнительно небольшой.

Способ осуществляют в индукционной тигельной печи. Графитовый тигель индукционной печи служит для нагрева кремниевой пыли выше температуры плавления кремния. Для ускорения процесса переплавки по оси графитового тигля устанавливают графитовый стержень. Наличие графитового стержня увеличивает активную зону проплава, поскольку нагрев кремниевой пыли осуществляется за счет графитовых элементов печи, нагреваемых в поле индуктора.

При оптимальном ведении процесса в каждом цикле переплавки в тигле оставляют расплав в количестве 20 40% от массы шихты. Уменьшение количества расплава менее 20% от массы шихты приводит к снижению удельной скорости переплавки кремниевой пыли, а увеличение выше 40% не приводит к увеличению скорости переплавки.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Способ осуществляют следующим образом.

В индукционную печь с графитовым тиглем по оси печи устанавливают графитовый стержень, загружают кремниевую пыль и нагревают выше температуры плавления кремния. Полученный расплав сливают, оставляя расплав в тигле в количестве 20 -40% от массы шихты и цикл переплавки повторяют. Способ проверен в лабораторных условиях.

Пример 1. Переплавляли кремниевую пыль по предлагаемому способу в индукционной печи с графитовым тиглем ИСТ-06. В тигле установили графитовый стержень d 100 мм, загрузили 6 кг кремниевой пыли и нагревали до полного проплавления шихты. Полученный расплав слили в графитовые изложницы. Результаты опыта приведены в таблице (опыт 1).

Пример 2. Переплавляли кремниевую пыль по методике примера 1, но сливали не весь расплав, оставляя 20% от массы шихты (опыт 2), 30% (опыт 3) и 40% (опыт 4), и плавку проводили без графитового стержня путем введения кремниевой пыли в расплав.

Пример 3. Переплавляли кремниевую пыль по методике примера 2, при этом оставляли 15% (ниже предлагаемого предела, опыт 5) и 45% (выше предлагаемого предела, опыт 6).

Из представленных данных следует, что отклонение от предлагаемых пределов или приводит к уменьшению скорости переплавки кремниевой пыли (опыт 5), или скорость переплавки сохраняется на достигнутом уровне (опыт 6).

Применение предлагаемого способа в промышленности позволит не только упростить процесс за счет исключения таких операций как расплавление алюминия, получения кремниевой литературы, но и получать кристаллический кремний, который находит широкое применение в различных отраслях промышленности.

Формула изобретения

1. Способ переплавки кремниевой пыли, включающий ее нагрев в присутствии восстановителя, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют графит.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев пыли осуществляют в ванне расплавленного кремния.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расплавленный кремний берут в количестве 20 40 мас. пыли.

РИСУНКИ

Рисунок 1