Шихта для производства кремния



Шихта для производства кремния
Шихта для производства кремния

 


Владельцы патента RU 2544694:

Общество с ограниченной ответственностью "Объединённая компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электротермическому способу получения кремния и кремнистых сортов ферросплавов в руднотермических печах. При получении технического кремния используется шихта, включающая кварцит, древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь, древесную щепу, и карбид кремния на нитридной связке в следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцит - 42,7-50,3; древесный уголь - 2,7-5,1; нефтяной кокс - 1,6-3,0; каменный уголь - 13,3-24,9; древесная щепа - 6,1-10,4; карбид кремния на нитридной связке - 6,2-33,5. В качестве карбида кремния на нитридной связке могут использоваться карбидокремниевые плиты, применяемые для футеровки ванн электролизеров для получения алюминия. Техническим результатом изобретения является снижение потерь получаемого кремния за счет уменьшения образующегося в процессе выплавки монооксида, что приводит к снижению расхода сырья и технологической электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электротермическому способу получения кремния и кремнистых сортов ферросплавов.

Известен способ выплавки кремния в электрических руднотермических печах, в котором в качестве шихты используется кварцит, древесная щепа, нефтяной кокс, древесный уголь, мелкодисперсный кремнезем, щелочное связующее и мелкодисперсный кремнезем в виде пыли электрофильтров газоочистки производства кремния, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцит 35-45; древесная щепа 19-26; нефтяной кокс 11-15; древесный уголь 7-10; пыль электрофильтров газоочистки производства кремния 4,5-11; щелочное связующее 0,5-1,3, причем часть кремнезем-углеродсодержащей шихты представлена в виде предварительно сформованного материала в количестве 10-30% от массы шихты (RU, патент №2151738, С01В 33/025, опубл. 27.06.2000).

Недостатком выплавки кремния данным способом является дополнительные затраты на формирование материала из пыли электрофильтров газоочистки и щелочного связующего, в процессе восстановления кремния, потери промежуточного продукта восстановления, газообразного монооксида кремния - SiO, с отходящими газами.

Известно, что процесс восстановления кремния протекает в несколько стадий с образованием газообразных и твердых продуктов (Толстогузов Н.В. Теоретические основы и технология плавки кремнистых и марганцевых сплавов. М., Металлургия, 1992, с.17, 27-28):

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ выплавки кремния в электрических руднотермических печах, где в качестве шихты используется руда, в виде кварцита, и углеродистые восстановители: древесный и каменный угли, нефтяной кокс и древесная щепа (Варюшенков A.M., Меньшиков П.С., Сметанин В.Н. и др. Применение каменноугольного концентрата в качестве восстановителя при производстве кремния. - Цветные металлы, 1987, №1, с.43). Состав шихты, применяемый для выплавки кремния имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

Кварцит 45,6
Древесный уголь 9,9
Нефтяной кокс 6,45
Каменный уголь 7,08
Древесная щепа 30,97

По мнению авторов статьи, использование данного состава шихты, с использованием каменного угля позволяет снизить удельный расход электроэнергии на 6,2%, а удельный расход кварцита на 500 кг на 1 т кремния.

Недостатком способа выплавки кремния с помощью композиции углеродистых восстановителей по прототипу являются потери в процессе восстановления кремния, промежуточного продукта восстановления, газообразного монооксида кремния - SiO, с отходящими газами.

Задачей предлагаемого технического решения является снижение расхода сырья и технологической электроэнергии.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является снижение потерь получаемого кремния за счет уменьшения образующегося в процессе выплавки монооксида.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что шихта для производства кремния, включающая кварцит, древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь, древесную щепу, дополнительно содержит карбид кремния на нитридной связке, в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кварцит 42,7-50,3
Древесный уголь 2,7-5,1
Нефтяной кокс 1,6-3,0
Каменный уголь 13,3-24,9
Древесная щепа 6,1-10,4
Карбид кремния на нитридной связке 6,2-33,5

В качестве карбида кремния на нитридной связке могут использоваться карбидокремниевые плиты, применяемые для футеровки ванн электролизеров для получения алюминия.

Уменьшение потерь кремния с отходящими газами при введении в шихту карбида кремния происходит из-за снижения образования монооксида кремния, так как в этом случае получение кремния идет по реакции (3), минуя образование монооксида кремния по реакции (1).

Введение в шихту кремния в виде карбида кремния на нитридной связке, приведет к снижению расхода сырья и электроэнергии на производство кремния.

Дополнительно, с целью снижения затрат на производство кремния вместо товарного карбида кремния на нитридной связке можно использовать отработанные карбидокремниевые плиты, применяемые для футеровки электролизеров при получения алюминия.

Для футеровки электролизеров для производства алюминия применяют карбидокремниевые плиты. При замене футеровки отработанные карбидокремниевые плиты (вместе с остальной футеровкой) являются отвальным продуктом и складируются в отвалах. Использование отработанных карбидокремниевых плит снизит стоимость сырья для производства кремния. Кроме того, использование отвальных продуктов имеет дополнительный экологический эффект, уменьшая воздействие на окружающую среду складируемых отходов. Отработанные карбидокремниевые плиты содержат карбид кремния 70-74 мас.% и 20-24 мас.% нитрид кремния, который служит связующим зерен карбида кремния для получения монолитного изделия. При температурах получения кремния (1600-1800°C) нитрид кремния разлагается на кремний и газообразный азот и вместе с отходящими газами покидает реакционные зоны ванны печи и удаляется на газоочистку.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. При выплавке технического кремния в руднотермической электрической печи в состав шихты вводили карбид кремния на нитридной связке в количестве 300 кг на тонну выплавляемого кремния. Расход сырья при проведении опытной плавки составил:

по массе, кг/т соотношение, мас. %
Кварцита 2434 50,3
Древесного угля 247 5,1
Нефтяного кокса 102 3,0
Каменного угля 1203 24,9
Древесной щепы 500 10,4
Карбид кремния на нитридной связке 300 6,3

Расход технологической электроэнергии снизился с 15500 кВт·ч на 1 тонну кремния (прототип) до 15200 кВт·ч/т.

Пример 2. При проведении следующего этапа испытаний в состав шихты вводили карбид кремния на нитридной связке в количестве 800 кг на тонну кремния. Расход сырья составил:

по массе, кг/т соотношение, мас.%
Кварцита 1366 44,6
Древесного угля 103 3,4
Нефтяного кокса 61 2,0
Каменного угля 505 16,5
Древесной щепы 230 7,5
Карбид кремния на нитридной связке 800 26,0

Расход электроэнергии снизился до 14800 кВт·ч/т.

Пример 3. При увеличении количества карбида кремния на нитридной связке в шихте, 1000 кг на тонну выплавленного кремния, расход сырья составил:

по массе, кг/т соотношение, мас.%
Кварцита 1274 42,7
Древесного угля 81 2,7
Нефтяного кокса 48 1,6
Каменного угля 396 13,3
Древесной щепы 182 6,1
Карбид кремния на нитридной связке 1000 33,6

Расход электроэнергии составил 14710 кВт·ч/т.

Пример 4. При дальнейшем увеличении количества карбида кремния на нитридной связке в шихте до 1100 кг на тонну кремния расход сырья составил:

по массе, кг/т соотношение, мас.%
Кварцита 1099 41,5
Древесного угля 52 1,9
Нефтяного кокса 30 1,1
Каменного угля 251 9,5
Древесной щепы 115 4,3
Карбид кремния на нитридной связке 1100 41,7

Расход электроэнергии составил 14705 кВт·/т.

При введении в шихту карбида кремния на нитридной связке менее 200 кг/т нет существенного изменения в выходе кремния и расходе технологической электроэнергии. При увеличении количества карбида кремния на нитридной связке в шихте, более 1000 кг/т происходит уплотнение колошника печи и не достигается снижения потерь кремния.

Оптимальным количеством вводимого дополнительно в шихту карбида кремния на нитридной связке является количество 300-1000 кг на тонну кремния, что соответствует соотношению компонентов в шихте (по массе), мас.%:

Кварцит 42,7-50,3
Древесный уголь 2,7-5,1
Нефтяной кокс 1,6-3,0
Каменный уголь 13,3-24,9
Древесная щепа 6,1-10,4
Карбид кремния на нитридной связке 6,2-33,5

При этом соотношении достигается снижение расхода технологической электроэнергии с 15500 до 14710 кВт·ч на тонну кремния.

1. Шихта для производства кремния, включающая кварцит, древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь, древесную щепу, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит карбид кремния на нитридной связке в следующем соотношении компонентов, мас.%:

кварцит 42,7-50,3
древесный уголь 2,7-5,1
нефтяной кокс 1,6-3,0
каменный уголь 13,3-24,9
древесная щепа 6,1-10,4
карбид кремния на нитридной связке 6,2-33,5

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве карбида кремния на нитридной связке используют карбидокремниевые плиты, применяемые для футеровки ванн электролизеров для получения алюминия.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам переработки печных отвальных никелевых шлаков для получения товарного ферроникеля и литейного чугуна марок Л1-Л6.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения ферробора электропечным алюминотермическим способом в наклоняющемся горне с периклазовой футеровкой.
Изобретение относится к металлургии производства ферротитана, содержащего титана 28-40 мас.%, востребованной в промышленности для производства сварочных электродов, для легирования конструкционных, нержавеющих, жаропрочных сталей.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для алюминотермического получения ферромолибдена. Предложена шихта, мас.%: молибденовый концентрат 38,5-39,8, железный порошок 16,3-17,0, алюминий 14,3-14,8, известь 26,1-26,4, клинкер высокоглиноземистый молотый 3,1-3,4.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству кремнистых ферросплавов углетермическим восстановлением. В способе осуществляют регулирование шихтового, электрического и электродного режимов ее работы путем изменения количества углерода в шихте, при этом осуществляют одновременно следующие операции: выжигание подового гарниссажа путем погружения в ванну печи электродов с рабочими тиглями до околоподового пространства, при уменьшении подачи избыточного углерода в шихту вплоть до достижения стехиометрического его количества и ликвидации шихтовой электропроводности при наращивании дуговой электропроводности до 100%, и выпускают металл из печи при одновременном контроле всех упомянутых режимов.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к области получения и использования литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали для тяжелонагруженных штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, а также штампов для твердо-жидкой штамповки сплавов на основе меди.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для рафинирования от титана сталей и сплавов на железной основе, в частности для рафинирования ферросплавов хрома с различным содержанием углерода.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к алюминотермическому получению ферромолибдена. .

Изобретение относится к внепечному производству чистых металлов и сплавов в оксидных металлотермических процессах, в частности алюминотермических, протекающих за счет выделения тепла в химических реакциях восстановления металлов из оксидов или концентратов.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве азотированной ванадийсодержащей лигатуры, применяемой при выплавке различных марок сталей, например конструкционных, инструментальных и сталей с особыми свойствами.
Изобретение относится к химической промышленности. Брикетированная смесь содержит микросилику не более 20% в качестве кремнесодержащего сырья и отходы зерновой и/или деревообрабатывающей промышленности в качестве углеродсодержащего сырья растительного происхождения.

Изобретение относится к технологии получения высокочистого кремния, используемого для производства фотогальванических элементов. .
Изобретение относится к производству кремния. .
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии получения металлического кремния как исходного сырья для получения солнечного кремния.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электротермическому получению технического кремния. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству высокочистого кремния. .

Изобретение относится к химической технологии. .

Изобретение относится к области получения кристаллического кремния. Способ включает термическое восстановление кварцитов до элементарного кремния с помощью восстановительной газовой смеси с использованием плазмы, при этом процесс ведут одностадийно во встречных потоках кварцитов и восстановителя, в качестве восстановителя используется смесь углеводородов и водяных паров, количество которых не более ¼ необходимого для протекания реакции конверсии, а суммарное количество углерода, содержащегося в углеводородах, не менее чем в 1,5 раза превышает стехиометрически необходимое количество для реализации процесса полного восстановления кварцитов. Устройство содержит электродуговую печь 1, плазмотрон 3, систему подачи кварцитов 2, средства подачи восстановителя 6, плазмотрон 3 со средствами подачи восстановителя 6 расположен под шахтой 5 в нижней части печи 1, система подачи кварцитов 2 размещена в верхней части шахты 5, при этом нижняя часть печи 1 отделена от шахтного пространства ограничителем 9, регулирующим сход кварцитов из шахты 5 в упомянутую нижнюю часть. Изобретение обеспечивает получение высокочистого поликристаллического кремния экологически безопасным способом с высоким процентом выхода кремния и низкой его себестоимостью. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Наверх