Окускованная шихта для выплавки кремния

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии производства кремния карботермическим восстановлением из окускованной шихты. Окускованная шихта содержит в мас.%: кремнезем 15,5-44,0, углеродсодержащий восстановитель 37,0-77,0 c содержанием легколетучих углеводородсодержащих веществ, равным 6-28 мас.%, кремний 2,5-5,0, натриевую щелочь 5,0-14,0. Изобретение позволяет активизировать процесс восстановления кремнезема. 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии производства кремния.

По существующей в России и за рубежом технологии металлический кремний получают плавкой в рудно-термических печах шихты, состоящей в основном из кварцита и углеродсодержащей восстановительной смеси.

Известен способ подготовки шихты для выплавки кремния (1), согласно которому кремнеземсодержащий материал и углеродистый восстановитель дробят, смешивают компоненты в стехиометрическом соотношении, окусковывают в присутствии связующего, в качестве которого используют жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%: элементарный кремний 1-6, жидкое стекло 12-20, стехиометрическая смесь кремнесодержащего материала и углеродистого восстановителя 74-87.

Недостатком известной шихты является невысокое извлечение целевого продукта.

Наиболее близкой по составу является окускованная шихта (2), в состав которой входят, мас.%:

Мелкодисперсное кремнезем-

содержащее вещество 45,0-55,0

Мелкодисперсное углерод-

содержащее вещество 30,0-35,0

Натриевая щелочь 5,0-8,0,

Порошкообразный кремний 0,5-2,0

Микрокремнезем 7,5-12,0

Недостатком известного состава шихты является также низкое извлечение целевого продукта.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение извлечения готового продукта.

Техническим результатом предложенного состава окускованной шихты является способность его активизировать процесс восстановления кремнезема.

Технический результат достигается тем, что окускованная шихта для выплавки кремния карботермическим восстановлением, включающая мелкодисперсные кремнезем, углеродсодержащий восстановитель, кремний и натриевую щелочь, углеродсодержащий восстановитель содержит 6-28 мас.% легколетучих углеводородсодержащих веществ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремнезем 15,5-44,0

Углеродсодержащий восстановитель 37,0-77,0

Кремний 2,5-5,0

Натриевая щелочь 5,0-14,0

Техническая сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим.

В состав углеродсодержащего восстановителя, как правило, входят различные углеводородсодержащие вещества, физические свойства которых значительно отличаются друг от друга.

В таблице 1 приведены расчетные данные энергии диссоциации-ассоциации и изобарно-термических потенциалов для реакций SiO₂+СН_у.

Как следует из таблицы 1, наименьшими показателями энергии ассоциации-диссоциации и изобарно-изотермического потенциала обладает бензол, относящийся к легколетучим углеводородам. Поскольку легколетучие углеводороды характеризуются невысокой по сравнению с другими углеводородами энергией асссоциации-диссоциации, водород и углеводороды, полученные при их диссоциации становятся транспортными агентами между кислородом окисла кремния и углеродом восстановителя, снижая при этом энергетические затраты карботермического восстановителя окислов.

При этом процесс карботермического восстановления идет по реакции:

SiО₂+2СН→Si+2СО+Н₂;

SiО₂+4Н→Si+Н₂О

В качестве твердых углеродсодержащих восстановителей, содержащих от 6 до 28 мас.% легколетучих углеводородов, можно использовать газовый, бурый и каменный марки "Г" угли, пластические массы, шунгиты, сланцы и др.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что в состав шихты входит углеродсодержащий восстановитель с содержанием легколетучих углеводородсодержащих веществ, равным 6-28 мас.%. Поэтому заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений показал, что не выявлены решения, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения. Поэтому заявляемое решение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

В таблице 2 приведены результаты опытных плавок кремния.

Как следует из таблицы 2, по сравнению с прототипом в предлагаемом составе извлечение увеличивается с 73 до ~78 мас.%.

При содержании легколетучих углеводородов менее 6 мас.% извлечение кремния из сырья снижается, т.к. недостает транспортных агентов (СН+Н) для завершения процесса восстановления кремния. Увеличение массовой доли легколетучих углеводородсодержащего вещества в составе углеродсодержащего восстановителя выше заявляемого предела нецелесообразно, поскольку дальнейшее его увеличение не повышает извлечение целевого продукта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2042721, С 22 В 5/02, C 01 B 33/02, 1992 г.

2. Патент РФ №2049057, C 01 B 33/025, 1993 г.

Формула изобретения

Окускованная шихта для выплавки кремния карботермическим восстановлением, включающая мелкодисперсные кремнезем, углеродсодержащий восстановитель, кремний и натриевую щелочь, отличающаяся тем, что в ее состав входит углеродсодержащий восстановитель с содержанием легколетучих углеводородсодержащих веществ, равным 6-28 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремнезем 15,5-44,0

Углеродсодержащий

восстановитель 37,0-77,0

Кремний 2,5-5,0

Натриевая щелочь 5,0-14,0

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.05.2007

Извещение опубликовано: 20.05.2007        БИ: 14/2007

---