CH674643A5

CH674643A5 -

Info

Publication number: CH674643A5
Application number: CH2269/88A
Authority: CH
Inventors: Gert-Wilhelm Lask
Original assignee: Applied Ind Materials
Priority date: 1987-07-24
Filing date: 1988-06-14
Publication date: 1990-06-29
Also published as: SE8802679L; AR242936A1; ZA884615B; IS1439B6; ATA156488A; PL273781A1; BE1001927A3; NO180531C; LU87264A1; PL152952B1; SE8802679D0; FI883235A0; DE3724541A1; US5073107A; AU611180B2; IT8821406A0; IE882267L; FR2618423A1; AT395578B; JPH01164717A

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäss auf ein Verfahren zur Herstellung von Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium oder von Siliciumcarbid oder von Ferrosilicium im Elektroniederschachtofen, wobei Quarzsand, ein 40 Kohlenstoffträger und ein bituminöses Bindemittel gemischt werden und die Mischung zu Vorformlingen geformt wird, und wobei aus den Vorformlingen durch eine Wärmebehandlung die Rohstoff-Briketts gebildet werden. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Anlage, die für die 45 Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignet ist. - Bei der Herstellung solcher Rohstoff-Briketts wird im allgemeinen mit Quarzsand im Körnungsbereich von 0,05-0,2 mm gearbeitet, und zwar mit unterschiedlichen Körnungsbändern in diesem Bereich. Es versteht sich, dass man den Roh-50 stoff-Briketts bei der Herstellung von Ferrosilicium auch feinteiliges Eisen oder feinteiliges Eisenoxid zusätzlich beigeben kann.

An die Rohstoff-Briketts der angegebenen Zweckbestimmung werden in chemischer und physikalischer Hinsicht be-55 sondere Anforderungen gestellt. So ist bei der Erzeugung von Silicium in chemischer Hinsicht darauf zu achten (vgl. GB-PS 20 84 122), dass sich in den Rohstoff-Briketts auf ihrer Reise durch den Elektroniederschachtofen zunächst im oberen Teil nach der Gleichung

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Si02 + 3C = SiC + 2CO

Siliciumcarbid bilden kann. Dazu ist der Gesamtkohlenstoffgehalt in den einzelnen Rohstoff-Briketts entsprechend ein-65 zustellen. Er wird im allgemeinen überstöchiometrisch eingestellt (vgl. GB-PS 21 50 128). In physikalischer Hinsicht muss sichergestellt werden, dass die Rohstoff-Briketts auf ihrer Reise durch den Elektroniederschachtofen und insbeson

dere bei der Reduktion zu SiC nicht verfallen, um im unteren Teil des Elektroniederschachtofens mit geschmolzenem Quarz der Beschickung nach der Gleichung

SÌO2 SiC = 3 Si -f" 2CO

weiter zu reagieren. Es vesteht sich, dass im Elektroniederschachtofen noch weitere Reaktionen ablaufen. Unter anderem bildet sich nach der Gleichung

Si02 + C = SiO + CO

bei den hohen Ofentemperaturen flüchtiges Siliciummono-xid, welches teilweise, die Ausbeute und die Wärmebilanz beeinträchtigend, verlorengeht. - Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium, die den chemischen und physikalischen Anforderungen genügen, konnten bisher praktisch nur im Wege der Heissbrikettierung hergestellt werden (vgl. GB-PS 20 88 840). Dieses Heissbrikettierungsverfahren erzeugt bei Temperaturen um 500 °C Briketts, die als bituminöses Bindemittel geschmolzene backende Kohle enthalten. Bei der Brikettierung muss man den Schmelzpunkt dieser Binderkohle, der zwischen 350 und 450 °C liegen kann, überschreiten, um eine entsprechende Verteilung der geschmolzenen Kohle in dem zu bindenden Material zu erreichen und um die Verfestigung dieses Vorformlings durch Halbkoksbildung einzuleiten. Von grosser Bedeutung für die Qualität der Rohstoff-Briketts ist eine besondere Wärmebehandlung, nämlich die Lagerung dieser Vorformlinge über mehrere Stunden bei nahezu Brikettiertemperatur in isolierten Bunkern, d.h. eine auch als Temperung bezeichnete Wärmebehandlung aus der Eigenwärme der Vorformlinge heraus, was zu einer Verdoppelung der Festigkeit der Rohstoff-Briketts führt. Es stellte sich jedoch heraus, dass bei der Herstellung von Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium oder von Siliciumcarbid oder von Ferrosilicium im Wege der Heissbrikettierung verhältnismässig hohe Kosten entstehen. Auch stört bei hohen Ansprüchen an die Reinheit der aus den Rohstoff-Briketts zu erzeugenden Produkte, dass im Zuge der Heissbrikettierung Verunreinigungen in die Rohstoff-Briketts hineingetragen werden, sei es aus der backenden Kohle, sei es aus metallischem Abrieb der Anlage, in der die Heissbrikettierung erfolgt. - Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Erzeugung von Siliciumcarbid oder Ferrosilicium. Der Ausdruck Ferrosilicium umfasst im Rahmen der Erfindung auch Siliciummetall, insbesondere mit Eisen als Metall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungs-gemässe Verfahren so zu führen, dass unter Verzicht auf eine Heissbrikettierung Rohstoff-Briketts erhalten werden, die in chemischer und physikalischer Hinsicht allen Anforderungen genügen.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, dass mit von geschmolzener backender Kohle freien Vorformlingen gearbeitet wird, deren spezifisches Gewicht durch Einstellung des Mischungsverhältnisses und der Verdichtung grösser ist als das Schüttgewicht von Quarzsand, und dass diese Vorformlinge zum Zwecke der Wärmebehandlung in einem beheizten Drehrohrofen eingeführt werden, der in seinem unteren Teil so weit mit Quarzsand gefüllt ist, dass die Wärmebehandlung in einem Quarzsand-Tauchbett erfolgt. - Die Formulierung «von geschmolzener backender Kohle frei» bedeutet, dass backende Kohle praktisch und jedenfalls in solcher Menge nicht vorhanden ist, dass die Bindung der übrigen Kohlenstoffträger und des Quarzsandes über die bak-kende Kohle erfolgt.

Die Erfindung nutzt die überraschende Tatsache, dass von backender Kohle freie, d.h. unter Verzicht auf eine Heissbrikettierung mit Hilfe eines bituminösen Bindemittels

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geformte Vorformlinge einer verhältnismässig geringen Grünfestigkeit in einem Drehrohrofen ohne zu zerfallen so gehärtet werden können, dass die fertigen Rohstoff-Briketts allen physikalischen und chemischen Anforderungen genü-5 gen, wenn die Wärmebehandlung in einem Quarzsand-Tauchbett und damit praktisch auch bei Luftabschluss erfolgt. Die Körnung des Quarzsand-Tauchbettes kann der eingangs angegebenen Körnung entsprechen. Die Behandlungsdauer der Vorformlinge in dem Quarzsand-Tauchbett 10 wird so eingestellt, dass eine ausreichende Härtung erreicht wird. Die Härtungszeit liegt z.B. im Bereich von 45 bis 60 Minuten. Das ist mit den Hilfsmitteln der modernen Dreh-rohrofen-Technologie ohne weiteres möglich. Die Vorformlinge und damit die fertigen Rohstoff-Briketts können 15 Durchmesser im Bereich von einigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern aufweisen. Sie können als runde Pellets in Pelletiereinrichtungen geformt oder mit Hilfe der Formwerkzeuge einer Presse zu anderen Formkörpern gepresst sein, beispielsweise die Form sogenannter Eierbriketts aufweisen. 20 Im einzelnen bestehen verschiedene Möglichkeiten der Weiterführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Bewährt hat es sich, mit Vorformlingen zu arbeiten, die etwa 35 bis 65 Gew.-% Quarzsand und ein spezifisches Gewicht von etwa 1,4 bis 1,6 g/cm3 aufweisen, während das Schüttgewicht des 25 Quarzsandes bekanntlich bei etwa 1,2 g/cm3 oder wenig höher liegt. Die Temperatur im Drehrohrofen soll nicht zu hoch sein. Die Erfindung empfiehlt, dass der Drehrohrofen und damit das Quarzsand-Tauchbett auf eine Temperatur von bis zu 500 °C aufgeheizt werden. Im Sinne einer Opti-30 mierung lehrt die Erfindung, bei der Wärmebehandlung der Vorformlinge eine ausreichende Entgasung von schweren Kohlenwasserstoffen und eine ausreichende Schwelung des bituminösen Bindemittels und des Kohlenstoffträgers in den Vorformlingen durchzuführen. Es empfiehlt sich, den Dreh-35 rohrofen so weit mit Quarzsand zu füllen, dass die Vorformlinge im Quarzsand-Tauchbett nicht aneinanderreihen. Das erreicht man nach der Lehre der Erfindung, wenn der Drehrohrofen zumindest so weit mit Quarzsand gefüllt wird, dass das Quarzsandvolumen grösser ist, als es dem doppelten 40 Lückenvolumen in einer losen Schüttung der entsprechenden Menge von in den Drehrohrofen befindlichen Vorformlingen entspricht. Das Lückenvolumen ist die Summe des Volumens der freien Zwickel zwischen den Vorformlingen in einer Schüttung.

45 Im Rahmen der Erfindung kann das Quarzsand-Tauchbett im Drehrohrofen verbleiben. Es werden dann lediglich die fertigen Rohstoff-Briketts über geeignete Einrichtungen abgezogen. Da sie stets einen Teil des Quarzsandes aus dem Quarzsand-Tauchbett mitnehmen, muss insoweit frischer 50 Quarzsand nachgeführt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich durch Einfachheit in der Verfahrensführung auszeichnet und zu weiteren unten behandelten Vorteilen führt, ist dadurch gekennzeichnet, dass Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes in beachtlicher Men-55 ge mit den fertigen Rohstoff-Briketts aus dem Drehrohrofen ausgetragen und zumindest teilweise im heissen Zustand in den Drehrohrofen zurückgeführt sowie im Rest durch frischen Quarzsand ersetzt wird. Dabei besteht die Möglichkeit, ein besonderes Temperaturprofil in dem Quarzsand-60 Tauchbett einzustellen, vorzugsweise so, dass durch die Mi-sehung des rezirkulierten heissen Quarzsandes mit dem frischen Quarzsand am Eintritt des Drehrohrofens in dem Quarzsand-Tauchbett, in welches die Vorformlinge eingeführt werden, eine Temperatur von etwa 200 °C eingestellt 65 und diese durch die Beheizung des Drehrohrofens bis zum Austritt des Drehrohrofens auf etwa 500 °C erhöht wird. Aus den Vorformlingen verdampfen bei der Wärmebehandlung zunächst schwere, dann leichtere Kohlenwasserstoffe.

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Sie verkracken in dem Tauchbett. Daher besteht die Möglichkeit, den heissen Quarzsand so oft zu rezirkulieren, bis sich auf den einzelnen Quarzsand-Körnern eine feste Kohlenstoffumhüllung gebildet hat, die aus festem Krack-Koh-lenstoff besteht. Am einfachsten kommt man zu dem Ergebnis, wenn die Rezirkulation so eingerichtet wird, dass die einzelnen Quarzsand-Körner im statistischen Mittel etwa dreimal rezirkuliert werden. Man kann die Quarzsand-Kör-: ner, die eine solche Kohlenstoffumhüllung aufweisen, besonders einsetzen. Dazu lehrt die Erfindung, dass mit Vorformlingen gearbeitet wird, deren Quarzsandanteü zumindest teilweise aus rezirkuliertem Quarzsand mit Kohlenstoffumhüllung besteht. Vorzugsweise bestehen sie hauptsächlich aus Quarzsand mit Kohlenstofiumhüllung. - Es versteht sich, dass die übrigen Verkrackungsprodukte über dem Tauchbett verbrennen.

Um Rohstoff-Briketts zu erzeugen, in denen Verunreinigungen aus den Kohlenstoffträgern bzw. den bituminösen Bindemitteln praktisch nicht enthalten sind, empfiehlt es sich, mit Vorformlingen zu arbeiten, die Petrolkoks als Kohlenstoffträger aufweisen und/oder die als bituminöse Bindemittel erdölstämmige Peche aufweisen. Es sind für das erfin-dungsgemässe brauchbare Verfahren erdölstämmige Peche im Handel, deren Aschengehalte unter 0,01 Gew.-% liegen, so dass sie praktisch keine Verunreinigungen mitbringen. Die Koksausbeute dieser Peche kann 70% erreichen. Für das erfindungsgemässe Verfahren besonders geeigneter Petrolkoks hat lediglich unter 0,2 Gew.-% unerwünschte Bestandteile. Das gilt auch für den Quarzsand. Diese geringen Verunreinigungen stören praktisch nicht mehr. Es versteht sich, dass der Petrolkoks auf etwa die Körnung heruntergemahlen wird, die auch der Quarzsand aufweist. Vorzugsweise liegt die Körnung unter 1 mm.

Wie bereits erwähnt, können bei dem erflndungsgemäs-sen Verfahren die Vorformlinge auf verschiedene Weise geformt werden, z.B. mit Hilfe einer Pelletiereinrichtung, die kugelförmige Pellets liefert. Einfacher ist es jedoch, mit Vorformlingen zu arbeiten, die mit Hilfe einer Brikettierpresse vorgeformt sind. Hier lässt sich durch die Pressung auf einfache Weise auch das spezifische Gewicht der Vorformlinge beeinflussen.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit einer Einrichtung für die Formung von Vorformlingen aus Quarzsand, einem Kohlenstoffträger und einem bituminösen Bindemittel sowie mit einer Einrichtung für die Wärmebehandlung der Vorformlinge. Die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung für die Wärmebehandlung der Vorformlinge als Drehrohrofen mit Eintritt für die Vorformlinge und Austritt für die fertigen Rohstoff-Briketts ausgeführt ist, welcher Drehrohrofen durch in die Ofenkammer hineinbrennende Brenner, z.B. für fossile feste Brennstoffe oder gasförmige Brennstoffe und durch Verbrennung der flüchtigen Bestandteile mit Zusatzluft auf eine Temperatur im Sandbett von bis zu 500 °C aufheizbar ist, und dass der Drehrohrofen ein Quarzsand-Tauchbett für die Vorformlinge aufweist, welches die Ofenkammer im Bereich unterhalb der Brenner teilweise ausfüllt. Nach bevorzugter Ausführungsform ist der Drehrohrofen mit einer Eintritt und Austritt verbindenden Rezirkulationseinrichtung für den Quarzsand des Quarz-sand-Tauchbettes ausgerüstet, der mit den fertigen Rohstoff-Briketts austragbar und von diesen absiebbar und am Eintritt des Drehrohrofens in diesen wieder einführbar ist, wobei am Eintritt des Drehrohrofens ausserdem eine Einrichtung für die Einmischung von frischem Quarzsand angeordnet ist. - Es versteht sich, dass die bei der Wärmebehandlung und an anderer Stelle der Anlage frei werdende Gase und Dämpfe aufgefangen und gereinigt oder unschädlich gemacht werden. - Gegenstand der Erfindung sind auch Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium oder von Siliciumcarbid oder von Ferrosilicium, einschliesslich Siliciumme-tall, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wor-5 den sind.

Im folgenden werden die Erfindung, die erreichten Vorteile und weitere Verfahrensdetails anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.

i o Die einzige Figur zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Die in der Figur dargestellte Anlage dient zur Herstellung von Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium oder Siliciumcarbid. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören 15 eine Einrichtung 1 für die Formung von Vorformlingen aus Quarzsand, einem Kohlenstoffträger und einem bituminösen Bindemittel sowie eine Einrichtung 2 für die Wärmebehandlung der Vorformlinge. Die Einrichtung 2 für die Wärmebehandlung der Vorformlinge ist als Drehrohrofen 3 mit Ein-20 tritt 4 für die Vorformlinge und Austritt 5 für die fertigen Rohstoff-Briketts nach vorgebbarer Behandlungszeit ausgeführt. Der Drehrohrofen 3 ist durch in die Ofenkammer hineinbrennende Brenner 6 auf eine Temperatur von bis zu etwa 500 °C aufheizbar. Der Drehrohrofen 3 weist ein Quarzsand-25 Tauchbett 7 für die Vorformlinge auf, welches die Ofenkammer im Bereich unterhalb der Brenner 6 teilweise ausfüllt. Der Drehrohrofen 3 ist im übrigen mit einer Eintritt 4 und Austritt 5 verbindenden Rezirkulationseinrichtung 8 für den Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes 7 versehen, der mit 30 den fertigen Rohstoff-Briketts austragbar und mit Hilfe der Siebanlage 9 von diesen absiebbar ist. Der abgesiebte Quarzsand ist im heissen Zustand am Eintritt 4 des Drehrohrofens 3 in diesen wieder einführbar. Am Eintritt 4 des Drehrohrofens 3 befindet sich ausserdem eine Einrichtung 10 für die 35 Einführung und Einmischung von frischem Quarzsand. Vorgeschaltet ist die Einrichtung 1 für die Herstellung der Vorformlinge, die mit der beschriebenen Anlage kombiniert ist und im Ausführungsbeispiel zwei Drehrohrmischer 11, einen Kühler 12 und eine Presse 13 zur Formgebung der Vorform-40 linge aufweist. Im Ausführungsbeispiel wird mit Petrolkoks gearbeitet.

Der Petrolkoks gelangt in den ersten Mischer 11, der z.B. mit SiC-Platten ausgekleidet ist. Da der Petrolkoks zwischen 6-10% Wasser enthält, wird in dem ersten Mischer 11 eine 45 Trocknung und Aufheizung vorgenommen. Dieses geschieht mittels eines Teiles des Quarzsandes, der im Drehrohrofen 3 als Wärmeträger verwendet wird. Dieser Quarzsand hat eine Temperatur von 500 °C. Die Verdampfung des Wassers und die Aufheizung benötigen soviel Energie, dass sich bei einem 50 Verhältnis zwischen Petrolkoks und Quarzsand von rund 1:1 eine Endtemperatur von rund 150 °C einstellt. Liegt diese zu niedrig für den nächsten Schritt, bei dem das Bindemittel zugemischt und intensiv verteilt werden muss, so kann Abgas aus dem Drehrohr 3 durch den ersten Mischer 11 geleitet 55 werden, wo es Wärme abgibt und sich mit Brüden sättigt. Das Abgas hat eine Temperatur von rund 650 C. Es ist zusätzlich in der Lage, durch seinen geringen Sauerstoffgehalt unter 1,5%, die Atmosphäre des ersten Mischers 11 zu inerti-sieren. Dadurch werden Gefahrensituationen vermieden, die 60 durch staubförmigen Petrolkoks entstehen könnten. Das Abgas wird nach dem ersten Mischer 11, z.B. durch einen Schüttschichtfilter mit systemeigener Füllung von Petrolkoks oder Quarzsand dem Kamin zugeführt.

Das nunmehr rund 200 °C heisse Sand-Petrolkoks-Ge-65 misch gelangt in den zweiten Mischer 11, in dem das Bindemittel mit rund 180-200 °C eingesprüht wird. Es mag sich um erdölstämmiges Pech handeln. Die Temperaturen sind so gewählt, dass die Viskosität ausreichend niedrig ist, um kei-

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ne Anbackungen zu erhalten und eine Feinverteilung im wegten Quarzsandes mit schmalem Kornband von 1,2-1,4 g/ Feststoffgemisch zu gewährleisten. Dieser zweite Mischer 11 cm3. Diese Gegenüberstellung zeigt an, dass es zu einem sehr ist ebenfalls mit SiC-Platten ausgekleidet. Dieses wird in al- hohen Prozentsatz möglich ist, die Vorformlinge im Quarz-len möglichen Fällen gemacht, um so wenig wie möglich sand eingetaucht zu entgasen. Dadurch werden sie vor Ab-Verschleiss zu erhalten und um das Material, welches sich 5 brand geschützt. Man erreicht eine erstaunliche Festigkeit, trotzdem abreibt, ohne Schwierigkeiten in das Produkt in- Von nicht minder hoher Bedeutung ist ein sekundärer Ef-tegrieren zu können. fekt: Nach der Abgabe von schweren Kohlenwasserstoffen Das aus dem zweiten Mischer 11 austretende Gemisch ist aus den Vorformlingen werden diese organischen Stoffe ge-für eine Brikettierung zu warm, weil es auf der Pressenober- zwungen, durch den heissen Quarzsand des Tauchbettes 7 in fläche leicht hängenbleibt. Daher erfolgt in dem Kühler 12 10 den Freiraum des Drehrohrofens 3 zu entweichen. Im Koneine Abkühlung um 30-50 °C je nach Bindersorte. Der Küh- takt mit dem Quarzsand werden diese Stoffe teilweise ther-ler 12 ist ebenfalls mit SiC-Platten zugestellt. Die Kühlung misch so abgebaut, dass Kohlenstoff auf den Quarzsand aufkann eine Gegenstromluftkühlung sein. Die Menge der zieht und leichtere Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff den Kühlluft richtet sich nach der gewünschten Endtemperatur Quarzsand verlassen und über diesen verbrannt werden. Die-des zu brikettierenden Gemisches. 15 se Beschichtung des Quarzsandes mit Krackkohlenstoff

Das zu brikettierende Gemisch gelangt in die Presse 13. führt zu einem Quarzsand, der pressenden Vorgängen in der

Die Presse 13 wird gekapselt und kontrolliert belüftet. Die Presse 13 keine Härte des Quarzes mehr entgegenbringt, weil

Presse 13 liefert die Vorformlinge, die in der Einrichtung 2 die Oberfläche der Sandkörner ausreichend stark mit einer für die Wärmebehandlung gehärtet werden. Härten bedeutet relativ weichen Kohlenstoffschicht belegt ist. Die Bruchteile hier Entgasung und Vorverkokung des Binders und Petrol- 20 von Sekunden dauernde Belastung in der Presse 13 führt kokses im Brikett. nicht zu Kontakten zwischen Stahl und Quarz, die sonst die

Der Drehrohrofen 3 ist im Ausführungsbeispiel zu weni- Presse 13 leicht erodieren.

ger als 50% mit Quarzsand ausgefüllt, der bei der Erzeugung Die Einbindung des beschichteten Quarzsandes in das der Rohstoff-Briketts eingesetzt wird. Der Drehrohrofen 3 fertige Rohstoff-Brikett bietet den zweiten Vorteil bei der hat z.B. eine Länge zwischen 20 bis 30 m und einen inneren 25 Reduktion im Elektroniederschachtofen. Waren bisher alle Durchmesser von 2 bis 3 m. Die Länge ist abhängig von dem Bindemittelbriketts im Elektroniederschachtofen deswegen Temperaturprofil, mit dem die Vorformlinge aufgeheizt wer- nicht erfolgreich, weil sie erstens nach Aufheizen weich wurden sollen. Die Beheizung des Drehrohrofeninhaltes erfolgt den, zweitens zerfielen, weil der Binder destillierte und drit-mit direkter Flamme, die im verbliebenen Freiraum unter- tens, weil die SiC-Reaktion die bindenden Reststrukturen halten wird. 30 zerstörte, so treten diese Mängel erfindungsgemäss nicht

Der Brennstoff für diese Flamme gelangt einmal über mehr auf. Erweichung und Destillation des bituminösen Bin-

Brenner 6 in den Drehrohrofen 3, zum zweiten entstammt er demittels im Elektroniederschachtofen entfallen wegen der aber den flüchtigen Bestandteilen der Vorformlinge. Beim beschriebenen Härtung. Die SiC-Reaktion, die bei direktem

Aufheizen der Vorformlinge beginnt der Binder oberhalb Kontakt zwischen Quarzsand und Koks aus dem Bindemit-

250 °C schwere Kohlenwasserstoffe freizusetzen. Dieser Vor- 35 tel die stabilisierende Kohlenwasserstoffstruktur des Briketts gang dauert im wesentlichen bis 450 °C an. Danach verlagert ab 1500 °C zerstört, greift zuerst den Kohlenstoff an, der das sich die Abgabe auf kleinere Moleküle, wie Methan und Quarzsandkorn umhüllt. Das ist ohne Nachteil für die

Wasserstoff. Die Summe der Brennstoffe wird abgestimmt Struktur des Kokses, der aus dem Binder entstanden ist.

werden, und zwar in Abhängigkeit von der Start- und End- Man erreicht eine konstante Brikettfestigkeit über eine län-

temperatur der Feststoffe und dem Gesamtdurchsatz. 40 gere Zeitspanne oder bis zu einer höheren Temperatur im

Die Quarzsandfüllung besteht im Ausführungsbeispiel Elektroniederschachtofen, mindestens aber bis zum Schmelzaus zwei Komponenten; einem Anteil heissem Quarzsand, punkt des Quarzsandes im Brikett, der über 1700 °C hegt, der rezykliert worden ist und einem Anteil Frischsand. Der Nachdem der Quarzsand und die fertigen Rohstoff-Bri-Frischsand steht im direkten Verhältnis zur Produktion, d.h. ketts den Drehrohrofen 3 durchlaufen haben, werden sie je höher die Stundenleistung an Rohstoff-Briketts ist, desto 45 durch Siebung voneinander getrennt. Die Rohstoff-Briketts mehr frischer Quarzsand wird benötigt. Das bedeutet umge- gelangen in einen von Sauerstoff geschützten Bunker. Der kehrt, dass durch den erhöhten Durchsatz auch mehr flüchti- zur Produktion benötigte Teil des Quarzsandes wird dem erge Bestandteile frei werden, die verbrannt werden. Damit ist sten Mischer 11 zugeführt und mit Petrolkoks gemischt, der der Durchsatz durch die mögliche Feuerraumbelastung im dabei getrocknet wird. Die Mischungsverhältnisse sind dabei Drehrohrofen 3 begrenzt. Geht man davon aus, dass die 50 frei wählbar. In der Praxis hat sich aber gezeigt, dass für die Endtemperatur der Feststoffe um 500 °C liegen soll, so muss Siliciumproduktion Zusammensetzungen der Briketts vordem eine Temperatur in den Heizgasen von mindestens teilhaft sind, die ein Molverhältnis von Quarzsand zu C von 800 °C gegenüberstehen, vorzugsweise bei Gleichstrombe- 1 zu 5-6 Mol repräsentieren. Für die Siliciumcarbidherstel-trieb. lung kann aber ein Verhältnis gewählt werden, das den

Eine definierte Behandlung der Vorformlinge in dem 55 Quarzsand und den fixen Kohlenstoff wie 1:3 festlegt. Für Tauchbett 7 ist möglich, da das spezifische Gewicht der Vor- andere nicht erprobte Produktionen können Verhältnisse formlinge gewählt werden kann. In Abhängigkeit vom dem Zwecke entsprechend gewandelt werden. Die Grenze ist Quarzsandanteil und vom Brikettierdruck in der Presse 13 dasjenige spezifische Gewicht der Vorformlinge, welches gegelingt es, das spezifische Gewicht zwischen 1,35-1,55 g/cm3 währleistet, dass die Vorformlinge vom Start weg einge-einzustellen. Demgegenüber steht ein Schüttgewicht eines be-60 taucht im Tauchbett 7 schwimmen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium oder von Siliciumcarbid oder von Ferrosilicium im Elektroniederschachtofen, wobei Quarzsand, ein Kohlenstoffträger und ein bituminöses Bindemittel gemischt werden und die Mischung zu Vorformlin-gen geformt wird, und wobei aus den Vorformlingen durch eine Wärmebehandlung die Rohstoff-Briketts gebildet wer-dën, dadurch gekennzeichnet, dass mit von geschmolzener backender Kohle freien Vorformlingen gearbeitet wird, deren spezifisches Gewicht durch Einstellung des Mischungsverhältnisses und der Verdichtung grösser ist als das Schüttgewicht von Quarzsand, und dass diese Vorformlinge zum Zwecke der Wärmebehandlung in einen beheizten Drehrohrofen eingeführt werden, der in seinem unteren Teil so weit mit Quarzsand gefüllt ist, dass die Wärmebehandlung in einem Quarzsand-Tauchbett erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mit Vorformlingen gearbeitet wird, die 35 bis 65 Gew.-% Quarzsand und ein spezifisches Gewicht von 1,4 bis 1,6 g/cm3 aufweisen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehrohrofen und damit das Quarzsand-Tauchbett auf eine Endtemperatur von bis zu 500 °C aufgeheizt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Wärmebehandlung der Vorformlinge eine möglichst vollständige Entgasung von schweren Kohlenwasserstoffen und eine Schwelung des bituminösen Bindemittels und des Kohlenstoffträgers in den Vorformlingen durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehrohrofen so weit mit Quarzsand gefüllt wird, dass das Quarzsandvolumen grösser ist, als es dem doppelten Lückenvolumen in einer losen Schüttung der Vorformlinge entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes mit den fertigen Rohstoff-Briketts aus dem Drehrohrofen ausgetragen und zumindest teilweise im heissen Zustand in den Drehrohrofen zurückgeführt sowie im Rest durch frischen Quarzsand ersetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Mischung des rezirkulierten heissen Quarzsandes mit dem frischen Quarzsand am Eintritt des Drehrohrofens in dem Quarzsand-Tauchbett, in welches die Vorformlinge eingeführt werden, eine Temperatur von etwa 200 °C eingestellt und diese bis zum Austritt des Drehrohrofens auf etwa 500 °C erhöht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der heisse Quarzsand so oft rezirkuliert wird, bis sich auf den einzelnen Quarzsandkörnern eine feste Kohlenstoffumhüllung gebildet hat.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Quarzsandkörner im statistischen Mittel etwa dreimal rezirkuliert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit Vorformlingen gearbeitet wird, deren Quarzsandanteil zumindest teilweise aus rezirku-liertem Quarzsand mit Kohlenstoffumhüllung besteht.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit Vorformlingen gearbeitet wird, die Petrolkoks als Kohlenstoffträger aufweisen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit Vorformlingen gearbeitet wird, die als bituminöses Bindemittel erdölstämmige Peche aufweisen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit Vorformlingen gearbeitet wird, die mit Hilfe einer Brikettpresse vorgeformt sind.
14. Anlage für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, - mit einer Einrichtung für die

5 Formung der Vorformlinge aus Quarzsand, einem Kohlenstoffträger und einem bituminösen Bindemittel sowie mit einer Einrichtung für die Wärmebehandlung der Vorformlinge, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) für die Wärmebehandlung der Vorformlinge als Drehrohrofen (3) 10 mit Eintritt (4) für die Vorformlinge und Austritt (5) für die Rohstoff-Briketts nach vorgebbarer Behandlungszeit ausgeführt ist, der durch in die Ofenkammer hineinbrennende Brenner (6) und durch Verbrennung der flüchtigen Bestandteile mit Zusatzluft auf eine Temperatur im Sandbett von bis 15 zu 500 °C aufheizbar ist, und dass der Drehrohrofen (3) ein Quarzsand-Tauchbett (7) für die Vorformlinge aufweist, welches die Ofenkammer im Bereich unterhalb der Brenner (6) teilweise ausfüllt.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, 20 dass der Drehrohrofen (3) mit einer Eintritt (4) und Austritt

(5) verbindenden Rezirkulationseinrichtung (8) für den Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes (7) ausgerüstet ist, der mit den fertigen Rohstoff-Briketts austragbar und von diesen absiebbar sowie am Eintritt (4) des Drehrohrofens (3) 25 in diesen wieder einführbar ist, und dass am Eintritt (4) des Drehrohrofens (3) ausserdem eine Einrichtung (10) für die Einführung und Einmischung von frischem Quarzsand angeordnet ist.
16. Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium

30 oder von Siliciumcarbid oder von Ferrosilicium im Elektroniederschachtofen, die nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt worden sind.

35 BESCHREIBUNG