Способ получения кремния

) 17 5 Ц 5 С 01 025 Щ2ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛ ЬСТВ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и прдектный институт алюминиевой, магниевой электродной промышленности (72),С,Якубовский, Г.Г,Пешкова и А.М,Варюш нков(56)Заявка ФРГМ 3503097, кл, С 01 В 33/02, 1985,ретение относится к производству руднотермическим восстановленинезема, конкретнее к выплавке специального состава для последу- получения вьсококачественных вых порошков.звестных наиболее близким по техиспергиро крем ияем к емкрем ияюще окрем иеИ и ничес ой сущности является заявка ФРГ М 35 3097 кл, С 01 В 33/02, 1985 г, в соответст ии которой для получения кремния с повы енным содержанием кальция в шихту для получения кремния в электродуговой печи, содержащую соединения кремния и углерод вводят вещества, содержащие кальций - известняк (СаСОз) или доломит1СавМ 9 п(СОЗ)р в кол лчестве 1 - 100/,.Недостатками прототипа являются высокая себестоимость кремния, получаемого из традиционных шихт с добавками соединений кальция; необходимость организации специального тракта подачи в печь соединений кальция, что также увеличивает себестоимость кремния,Целью изобретения является снижение себестоимости кремния, предназначенного1ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТН ВедОмстВО сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ К А ТОРСКОМУ С(57) Использование; для получения высококачественных кремниевых порошков, Сущность изобретения; радиотермической плавке подвергают широту, содержащую кремнеземсодержащее сырье и восстановительную смесь древесного, каменного, бурового углей, древесной щепы и нефтяного кокса, причем бурый уголь содержится в смеси в количестве в пересчете на углерод 40 - 70 мас,0, 2 табг. для последующего д вания и рафинирования,Поставленная цель достигается тем, что для производства кремния используЮ 1 ших-" ту, содержащую кремнезем и восстановительную смесь, содержащую 40 - 70юй бурового угля в пересчете на нелетучий углерод.Сущность изобретения сводится в замене дорогостоящих и сравнительно "чистых" (содержащих сравнительно небольшое количество золы) традиционных восстанови телей - древесного и каменного углей бурым углем, отличающимся достаточно высокой реакционной способностью, но не использовавшимся ранее в качестве восстановителя из-за повышенного содержания золы (последнее обстоятельство не позволяло получать кремний требуемого качества по ГОСТ 2169 - 69 традиционным способом).Анализ характеристик бурых углей основных месторождений показывает, что эти угли содержат от 4 до 160 золы. Содержание окиси кальция в золе составляет от - 15 до 600, причем содержание окиси кальция40 45 50 55 в углях, определяемое как произведение содержания золы в % на содержание окиси кальция в 0, колеблется в достаточно узких пределах 2,0 - 2,8%, Это облегчает дозировку бурого угля при составлении шихты для выплавки кремния с заданным содержанием кальция. С учетом процессов ликвации, имеющих место при затвердении слитков кремния, степени усвоения кальция кремнием в процессе руднотермического восстановления руды - 40-50%, содержание кальция в шихте должно составлять не менее 25 кг на тонну кремния, Принимая во внимание, что остальные компоненты шихты (кроме древесного угля) вносят незначительное количество кальция (2 - 3 кг), основное количество кальция в шихтудолжно быть внесено бурым углем, Учитывая, что содержание кальция в буром угле составляет 14 - 20 кг/т, для обеспечения заданного количества кальция в кремнии, требуемого для успешного ведения процесса кислотного диспертирования и рафинирования кремния, в шихту для выплавки кремния необходимо ввести не менее 1 т бурого угля, Или, принимая во внимание, что среднее содержание нелетучего углерода в буром угле составляет 45%, а общее количество нелетучего углерода в восстановительной части шихты должно составлять 1,4 т/т кремния, содержание бурого угля в восстановительной части шихты должно составлять не менее 40% по нелетучему углероду.Вследствие высокой активности в восстановительных процессах бурый уголь может быть использован взамен дорогостоящих древесного и газового углей, что приведет к соответствующему снижению себестоимости кремния Согласно данному изобретению восстановительная часть шихты содержит 3 - 250 бурого угля (или до 30% в пересчете на не- летучий углерод), Введение в состав шихты бурового угля осуществлен с целью повышения выхода кремния и снижения расхода электроэнергии. Полученный с использованием такой шихты кремний не позволяет дОстичь требуемого эффекта (качества и дисперсности кремния) при последующей кислотной обработке.В изобретении содержание бурого угля в восстановительной части шихты в пересчете на нелетучий углерод составляет 40-70%,Целью изобретения является снижение себестоимости кремния с повышенным содержанием кальция, предназначенного для производства высококачественного порошка. Бурый уголь служит здесь источникомкальция,5 10 15 20 25 30 35 Пример реализации изобретения.Сравнительные испытания предлагаемого и принятого за прототип способа получения кремния проводили на опытно- заводской двухэлектродной руднотермической печи мощностью 200 кВт, При испытании использовали следующие сырьевые материалы, мм:Кварцит баническогоместорождения крупностью 10-60 Древесный уголь 10 - 70 Каменный уголь, марки Г 0 - 15 Древесная щепа(рыхл ител ь) 5 - 30 Нефтяной кокс марки КЗ - 0 0 - 15 Бурый уголь 10-70 Известняк 5 - 50 Компоненты шихт смешивания в заданных соотношениях и загружали в печь, В процессе плавки фиксировали электрические режимы работы печи, расход шихтовых материалов, количество выплавленного металла, состояние колошника, расход электроэнергии. Выпуск металла из печи осуществляли каждые два часа, Полученный кремний анализировали на содержание кальция, Результаты плавок сведены в табл.1.Выплавка кремния из шихты по прототипу проходила с повышенным шлакообразованием, Расход электроэнергии составил 22 кВтч/кг,В период плавки шихты, содержащей в восстановительной части 40 - 70% бурого угля в пересчете на нелетучий углерод) отклонений в режиме работы печи не наблюдалось, расход электроэнергии снизился до 17 - 19 кВтч/кг.При выплавке кремния из шихты, содержащей в восстановительной части 750 бурого угля (в пересчете на нелетучий углерод) колошник сильно спекался, расход электроэнергии повысился до 24 кВтч/кг, возросли потери кремния,Образцы выплавленного кремния обрабатывали 10% соляной кислотой при 100 С, Полученные порошки рассеяли с выделением целевой фракции - 1,25+0,063 мм, Как видно из табл.1, кремний, выплавленный из шихты, восстановительная часть которой содержит 40 - 70% бурого угля в пересчете на нелетучий углерод), распадается с образованием порошка, 92 - 95% которого является целевой фракцией, Выход целевой фракции после кислотной обработки кремния, выплавленного из шихты, восстановительная часть которой содержит 350 бурого угля ( в пересчете на нелетучий углерод) составляет 60%.1791379 Таблица 1 При М. пп Содержание кальция в кремнии,мас %Количество углерода в шихте, вносимого бурым углем,мас,% Выход целевой фракции после обработки соляной кислотойо Расход электроэнергии при выплавкекремния, кВтч/кг х апопрттипу1 овыш ыход нныи 35 40 55 70 75 5 - 0,901,0 3 92 88 Колошник Сильно СПЕ- кался, наблюдались свищи (выбросы реакционного газа. высокие потери кремния) По данным химического анализа образцы до кислотной обработки содержат в среднем 0,85-0,9% кальция, Вследствие процесса ликвации, слиток кремния неоднороден по химическому составу, В отдельных его частях содержание кальция может быть значительно ниже среднего значения, что и является причиной низкого выхода фракции - 1,25 мм, При выплавке кремния из шихты, восстановительная часть которой содержит 75% бурого угля (в пересчете на нелетучий углерод) выход целевой фракции 88%. 12% продукта - нетоварная фракция - 0,063 мм, Дополнительные иссладоаания показали, что уааличаниа содер ания кальция в креМнии приводит к повышению количества мелких фракций в поро ке кремния,Замена в шихте для выплавки кремния древесного и каменного углей на бурый уголь позволяет значительно снизить себестоимость кремния, В табл.2 приведен расчет срьевой составляющей себестоимости для ихты по прототипу и шихт, содержащих 0% и 70% бурого угля (в пересчете на неле учий углерод). Как видно из табл.2, сниж ние сырьевой составляющей себестоимости кремния достигает 102,53 руб/т и161,40 руб/т соответственно.Дополнительным эффектом от реализации данного изобретения является сущест 5 венное сокращение вырубки лесов.В существующих шихтах на 1 т кремниярасходуется 0,6 - 1,4 т древесного угля. Дляполучения 1 т древесного угля сжигается7 - 8 м древесины,з10 Введение бурого угля в количестве 4070% от нелетучего углерода восстановительной части шихты позволяет значительноснизить или практически полностью вывески из состава шихты древесный уголь.15Формула изобретенияСпособ получения кремния, включающий руднотермическую плавку шихты, содержащей кремнеземсодержащее сырье и20 восстановительную смесь древесного каменного, бурого углей, древесной щепы инефтяного кокса, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью снижения себестоимости продукта, используют восстановительную25 смесь, содержащую бурый уголь в количестве в пересчете на углерод 40-70 мас.% отколичества восстановительной смеси.1791379 Таблица 2 Цена за 1 т, руб Прототип П е лагаемое ешение Наименование содержание в восстановительной части шихты бурого угля в пересчетена углерод (40мас о содержание в восстановительной части шихты бурого угля в пересчетена углерод (70мас.о кол-во, т кол-во, т сумма,б сумма,б кол-во, т сумма,б 0,173 0,400 0,450 2,50 1,378 142,21 24,17 54,85 54,03 0,6 0,6001,000,4502,500,2 41,009,6754,8554,0313,78 237,0224,17121,8821,6110,03,0 0,2982,502,411 36,32 54,03 24,11114.46 173.33 275,86-102,53- 161.40 10 Редактор Заказ 130 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Глгаринз. 101 Древесный угольКаменный угольНефтяной коксДревесная щепаБурый угольИзвестнякСырьевая составляющая себестоимостиИзменение сырьевой составляющейсебестоимостик емния Составитель Е. ЯкубовскийТехред М.Моргентал Корректор Н, Бучок