Ресурсосберегающая технология производства кремния на основе механизма водород-углеродистого восстановления

• Автор: Шишкин, Герман Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 143 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Анализ современного состояния процесса карботермического восстановления кремния.

1.2. Промежуточные оксидные соединения кремния в карботермическом процессе.

1.3. Модель карботермического восстановления кремния на основе экспериментальных данных
1.4. Механизм взаимодействия кремнеземсодержащего сырья и углеродистого восстановителя.

1.5. Водород и его соединения в процессе карботермического восстановления.

1.6. Экологические проблемы заводов по производству кремния и ферросилиция.

Выводы и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВОДОРОД УГЛЕРОДИСТОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ КРЕМНИЯ И ИСГ ЮЛЬЗОВАНИЯ АМОРФНОГО КРЕМНЕЗЕМА
2.1. Термодинамическая оценка возможности использования аморфною кремнезема в карботермическом процессе.
2.2. Термодинамический расчет реакций восстановления кремнезема углеводородами.
2.3. Термодинамика восстановления окислов кремния водородом
Выводы.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ
ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ КРЕМНИЯ НА ОСНОВЕ МЕХАНИЗМА ВОДОРОД УГЛЕРОДИСТОГО ВОССТА1ЮВЛЕНИЯ.
3.1. Объект исследования.
3.2. Методика эксперимента.
3.3. Изучение физикохимических превращений микрокремнезема при
нагревании
3.3.1. Сравнительный анализ микрокремнезема и кварцита на основании термофафичсского анализа.
3.3.2. Изучение поведения микрокремнезема при нагревании
3.3.3. Изучение поведения брикетированного микрокремнезема при нагревании.
3.4. Разработка технологии использования микрокремнезема для изготовления брикетированной шихты.
3.4.1. Выбор состава шихты для кремнеземуглеродистых композиций
3.4.2. Изготовление опытных кремнеземуглеродистых композиций для высокотемпературного испытания
3.4.3. Особенность взаимодействия микрокремнезема с углеродистыми восстановителями в процессе нагревания.
3.5. I рименение электрощелока как связующего при изготовлении брикетированной шихты
Выводы
ГЛАВА 4. ОПЫТНО ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ВЫПЛАВКИ КРЕМНИЯ И ФЕРРОСИЛИЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БРИКЕТИРОВА1IIЮЙ ШИХТЫ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ.
4.1. Испытание брикетированных шихт на синтез карбида кремния в печи
0 кВА при выплавке кремния и ферросилиция.
4.1.1. Изготовление опытной партии брикетированной шихты на синтез карбида кремния
4.1.2. Испытание брикетированной шихты на синтез карбида кремния при выплавке кремния и высококремнистого ферросилиция
4.2. Опытнопромышленные испытания выплавки го ферросилиция
на печи мВА брикетированной шихтой
4.2.1. Изготовление опытной партии брикетированной шихты
4.2.2. Опытнопромышленные испытания выплавки го
ферросилиция на печи мВА
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Это снижает извлечение и создает проблему очистки реакционных газов, поскольку вынос кремниевой пыли крайне отрицательно влияет на окружающую среду. Дается рекомендация, что высокая степень восстановления 5Ют может быть достигнута при быстром сходе шихты в зону максимальной температуры в глубине горна. Также упоминается, что улавливание БЮ, , БЮг осуществляется за счет фильтрации и адсорбции восстановителем. Что касается и БЮг, то они конденсируются в слое шихты в твердом состоянии, а механизм задержки газообразного 5Ю не рассматривается. Монооксид кремния является сильным окислителем, поднимаясь из высокотемпературной зоны, вступает в контакт с углеродом. Здесь появляется вероятность химического взаимодействия, что термодинамически подтверждается. Кремний, выходя из печи, окисляется на воздухе, имея большее сродство к кислороду. Не совсем понятна дальнейшая судьба кремния и аморфного 5Юг, сконденсировавшихся в верхних горизонтах печи, и их роль в процессе карботермического восстановления. В работе Н. В. Толстогузова говорится, что решающие влияние на извлечение кремния оказывает процесс улавливания газообразного БЮ углеродом на колошнике. Поэтому требуется снижение активности процесса карбидообразования на колошнике для сохранения большого количества углерода, с помощью которого улавливается 5Ют. В работе того же автора предлагается снижать карбидообразование шихтовых материалов за счет использования менее рсакционноспособных восстановителей. В результате имеются противоречивые мнения первых двух авторов по поводу роли газообразного монооксида кремния в карботермическом процессе, и мало сведений о роли аморфного 8Ю2, образовавшегося в процессе реакции диспропорционирования. В работе упомянуто, что аморфный 8Ю2 возвращается в плавку на довосстановление. Природа происхождения промежуточных оксидных соединений, в разных теориях дается поразному. Как известно, единственным кремнийсодержащим сырьем, при выплавке кремния и кремниевых сплавов, является кристаллический 8Ю2 Исходные шихтовые компоненты, загружаемые в печь, находятся в конденсированном состоянии. Единственное, что реакции могут протекать в верхних горизонтах печи зоне подготовительных реакций только при условии газификации одного из взаимодействующих конденсированных компонентов БЮг или твердых восстановителей. М.С. Максименко считает, что требуемый контакт с углеродом достигается за счет парообразного кремнезема. Микулинский допускает возможность, наряду с испарением i, диссоциацию кремнезема на моноокись кремния и кислород. В работе В. П. Елютина , говорится, что взаимодействие i с углеродом проходит через промежуточную стадию возгонки кремнезема с образованием парообразной фазы и последующей адсорбции на графите. СО i С i i i i Vi
1. Три перечисленные реакции, как считают авторы , могут обеспечить транспорт компонентов шихты при взаимодействии, что обеспечит высокую скорость газификации i и реагирования в целом. До настоящего времени нет доказательств в пользу любой из трех схем газификации i, считают, что в реальных условиях возможны все три. Но данным предпочтение должно быть отдано третьей схеме, т. Даже при температурах, близких к температуре кипения i, концентрация пара i в 6 раз ниже концентрации i. В работе , как одну из наиболее вероятных реакции образования i, проходящей в верхних горизонтах печи, считают реакцию 1. С i СО 1. Авторы считает реакцию 1. С замещен на i. СО 1. В нижних горизонтах печи, зоне высоких температур, при недостатке углерода протекает металлотермическое восстановление кремнезема жидким кремнием с выделением газообразного i по реакции 1. Небольшая часть углерода, которая попадает в зону высоких температур из электрода и при разрушении пленки карбида кремния на псевдоморфозе по восстановителю, реагирует с i образуя, благодаря дефициту углерода, газообразный i по реакции 1. Термодинамические расчеты показывают, что реакции с образованием моноокиси кремния в карботсрмическом процессе типичные эндотермические и, соответственно, их протекание возможно при наличии очага тепловыделения, как одно из условий. Значения энергии Гиббса и приведены в табл.