DD156903A5 - Verfahren zur herstellung von silicium-und kohlenstoffhaltigen rohstoff-formlingen und verwendung der rohstoff-formlinge - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von silicium- und kohlenstoffhaltigen Rohstoff-Formlingen fuer die Erzeugung von Silicium oder Siliciumlegierungen, insbesondere Ferrosiliciumlegierungen im Elektroofen. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung solcher Formlinge, die im Elektroofen allen Anforderungen bezueglich Standfestigkeit, Stromfuehrung, Reduktionsverhalten und Stoechiometrie entsprechen. Erfindungsgemaess wird ein feinkoerniger Siliciumtraeger mit einem Anteil an backender Kohle gemischt und die Mischung bei einer Temperatur von etwa 350 bis 550 Grad C wie bei der Heissbrikettierung von Steinkohlen zu den Rohstoff-Formlingen mit einem Gewicht von vorzugsweise 20 bis 60 g brikettiert. Vorzugsweise werden etwa 60 bis 70 Gewichtsprozent Siliciumtraeger, etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent backende Kohle und etwa 10 bis 20 Gewichtsprozent andere Kohlenstofftraeger, wie nichtbackende Kohle und/oder Kokse und/oder Petrolkoks und/oder organische Verbindungen, gemischt und diese Mischung heissbrikettiert.
Description
Berlin^ 6. 7# 1981 AP C 22 C / 228 289 58 939 12
Verfahren zur Herstellung silicium« und kohlenstoffhaltiger Rohstoff«Formlinge
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Herstellung von silicium«· und kohlenstoffhaltigen Rohst off -»Formungen für die Erzeugung von Silicium oder SiIiciumlegierungen, insbesondere Ferrosiliciuislegierungen, im Elektroofen, wobei ein feinkörniger Siliciumträger mit feinkörniger Kohle gemischt und die Mischung brikettiert wird* Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf die Verwendung der so hergestellten Rohstoff-Formlinge für den angegebenen Zweck*
Siliciumträger bezeichnet im Rahmen der Erfindung 2 Träger, z. B, Sand, gemahlenen Quarzit und dergleichen. Die Elektroöfenj in denen die Erzeugung des Siliciums oder der Siliziumlegierungen erfolgt, sind im allgemeinen Elektro-Mederschachtöfen, obwohl auch mit anderen Elektroöfen gearbeitet werden kann«, .
OM.gQJ^!^®^!^^--^^-'^®^1121^631 technischen Lösungen
Im Rahmen der aus der Praxis bekannten Maßnahmen der beschriebenen Gattung wird der Mischung zusätzlich ein bituminöses Bindemittel, ζ» B4, Steinkohlenteerpechj beigegeben. Die Brikettierung ist folglich eine Bindemittelbrikettierung«. Die so hergestellten Rohstoff-Formlinge zerfließen in dem Elektroofen, in dem die Erzeugung des Siliciums bzw* der Siliciumlegierung durchgeführt wird«, Im Rahmen der bekannten Maßnahmen ist es auch bekannt, die Brikettierung bindemittellos im kalten Zustand unter hohen Drücken durch-»
6, 7, 198T
AP C 22 C / 228 289 58 939 12
zuführen« Die so hergestellten Rohstoff-Formlinge zerfallen im Elektroofen* In der Praxis ist daher die Verwendung von Rohstoff»Formlingens die in der beschriebenen Weise hergestellt worden sind* für die Erzeugung von Silicium oder Siliciumlegierungen im Elektroofen nicht bekannt geworden,,
Im einzelnen ist sum Stand der Technik und zu den bestehenden Probleiaen folgendes vorzutragen?
Die Erzeugung von Silicium und Siliciumlegierungen aus SiOoj eingesetzt in Form von Sand oder aufbereiteten Quarziten, erfolgt hauptsächlich im Elektroofen, und zwar unter Verwendung von beigemischten Kohlenstoffträgern wie Koks* Petrolkoksj Kohle, Holzkohle, HolZj Sägemehl und dergleichen* In der Praxis liegt eine große Zahl von Rezepturen vor? die von den einzelnen Herstellern weitgehend geheimgehalten v/erden. Das ist ein sicherer Anhaltspunkt dafür, daß nach empirischen Gesichtspunkten gearbeitet wird und die Vorbereitung des Einsatzes für den Elektroofen nicht nach exakten, physikalisch-chemischen Gesichtspunkten durchgeführt werden kannc Betrachtet man die Reduktion von SiOp mit Kohlenstoff zunächst als eine Feststoff/Feststoff-Reaktion;, so kann man für den ersten Schritt zum SiO eine Diffusion als geschwindigkeitsbestimmende Reaktion ansetzen«. Das gasförmige SiO reagiert im Folgeschritt mit dem Kohlenstoff der näheren Umgebung, kann aber auch durch Lücken im Haufwerk des Ofenbesatzes entweichen und in kälteren Teilen des Ofens kondensieren» Jedenfalls erfordern beide Reaktionsschritte einen engen Kontakt von SiO? einerseits und Rediiktionsmittel andererseits. Daher werden beide Ausgangsstoffe in feiner Aufmahlung homogen miteinander vermischt. Im Elektroofen sind aber staubf ö'rmige Güter nur schlecht zu handhaben, so daß der Aufmahlung und Homogenisierung eine Kompaktierung folgte Das bringt die schon beschriebenen Probleme.
6. ?β 1981
AP C 22 C / 228
Im übrigen ist auch versucht worden, die Mischung in klas-. si sehen Kammerofen· in entsprechende Kokse umzuwandeln«, Dieses gelingt nicht, weil die Backfähigkeit der besten Pettkohle auch bei Zusatz von Pechen nicht ausreicht, mehr als 20 % der Siliciumträger fest im Kohlenstoffgerüst, des Kokses zu binden, - wo jedoch aus stöchioinetrischen Gründen 60-»bis 70 % Siliciumträger notwendig sind.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von silicium- und kohlenstoffhaltigen Rohst of f-Formungen, die im Elektroofen allen Anforderungen gewachsen sind, und zwar in bezug auf Standfestigkeit, Stromführung, Reduktionsverhaltan und Stöchiometriec
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß Rohstoff-Formlinge mit den gewünschten Eigenschaften entstehen«,
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindungs daß der feinkörnige Siliciumträger mit.einem Anteil an backender Kohle gemischt und die Mischung bei einer Temperatur von etwa 350 bis 550 0G wie bei der Heißbrikettierung von Steinkohle zu den Rohstoff -»Formungen geformt wird, Nach " bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird die Mischung zu Rohstoff-Formlingen mit einem Gewicht von 10 bis 100 g, vorzugsweise 20 bis 60 g, geformt. Im Rahmen der Erfindung lassen sich ohne weiteres die stöchi©metrischen Gegebenheiten berücksichtigen, die die Reduktion beherrschen«, In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, die Mischung so zusammenzusetzen, daß der Kohlenstoffgehalt aller Kohlenstoffträger etwa 40 Gewichtsprozent des
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in dem Siliciuniträger enthaltenen SiOp ausmacht,, Eine bewährte Verfahrensweise ist dadurch gekennzeichnet$ daß etwa 60 bis 70 Gewichtsprozent Siliciumträger, etv/a 20 bis 30 Gewichtsprozent backende Kohle und etwa 10 bis 20 Gewichtsprozent andere kohlenstoffträger? wie nichtbackende Kohle und/oder Kpkse und/oder Petrolkoks und/oder organische Yerbindungen, gemischt und diese Mischung in der beschriebenen Weise heißbrikettiert wird*
Überraschenderweise können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Siliciumträger und backende Kohle so brikettiert werden, daß der zur Reduktion notwendige Kohlenstoff im Brikett vorhanden ist« Er stammt aus der Backkohle und? wenn dieses Angebot nicht ausreicht, aus weiteren Kohlenstoffträgerns die nach Zweckmäßigkeit ausgewählt werden«
Bei der Berechnung der Zusammensetzung der Briketts geht man am besten vom stöchi©metrischen Ansatz aus:
SiO2 * 20 ——> Si + CO
60 4- 24 s 28 + 56 oder 1000 kg SiO2 benötigen 400 kg C oder 71,4 kg SiOp benötigen 28,6 kg C oder 2,5 kg SiOp benötigen 1,0 kg C
Es ist bekannt, daß bei der Brikettierung bezüglich des Bindemittelverbandes die äußere Oberfläche des zu briket« tuenden Gutes eine wesentliche Rolle spielt. Diese Oberfläche hängt in ihrer Gesamtheit vom Kömungsaufbau und der MikroStruktur der Kornoberflächen ab* Die innere Oberfläche der Körner kann in den meisten Fällen vernachlässigt werden* »Aus dieser Kenntnis resultiert, daß bei gegebener ähnlicher Körnung und Oberflächenstruktur für verschiedene.
6. 7» 1981
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zu brikettierende Güter das gleiche Bindemittelvolumen be-,nötigt wird* Rechnet man auf die Massenant-eile um, nimmt im Gemisch der Anteil des Bindemittels mit steigender spez« Masse des zu brikettierenden Gutes ab. Wird der Kohlenstoff träger im Heißbrikett, auch Pormkoks genannt, durch Quarz ersetzt, steigt die spez«, Masse des zu brikettierenden Gutes von 1,2 bis 1,5 auf 2,65'g/cnr an. Das führt dazu, daß der notwendige Bindemittelanteil von 30 ί 3 % auf 22 - 3 % gesenkt v/erden kann. Ja nach Ballast und Gehalt an flüchtigen Bestandteilen der verwendeten Bindekohle verbleibt nach der Heißbrikettierung ein Kohlenstoffanteil von rund 16,5 ~ 2 %» Aus der stöehiometrischen Berechnung geht hervor, daß dieser Kohlenstoffanteil zu niedrig ist. Die Steigerung kann durch Erhöhung des Anteils Bindekohle oder durch Zugabe weiterer nichtbackender Kohlenstoffträger wie Anthrazit, Petrolkoks, Schwelkoks oder Hochtemperaturkoks erfolgen, die alle anstelle des Quarzes ins Gemisch hereingenommen werden. Werden nichtbackende Kohlenstoff träger eingesetzt, muß aus oben erwähnten Gründen auch eine angepaßte Erhöhung der Bindekohle durchgeführt v/erden,
Ausführung sb e i s pi e 1
Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert*
1, Beispiel
63j5 Masseteile Sand;+ 36,5 Masseteile Backkohle* Bei 70 % Kohlenstoffausbeute aus der Kohle ergibt sich das Verhältnis:
63,5 Masseteile Sand -ί- 25,55 Masse teile Kohlenstoff oder 1000 kg Sand zu 402 kg Kohlenstoff,
6, 7. 1981
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Das Ergebnis entspricht der stöchiometrisehen Rechnung. In der betriebenen Praxis muß im angestrebten Verhältnis noch berücksichtigt werden,, daß die Kohlenasche rund 50 % SiO, enthält, das ebenfalls reduziert wird und entsprechend Kohlenstoff braucht»
66 Masseteile Sand +12 Masseteile Petrolkoks + 22 % Masseteile Backkohle· Die Kohlenstoffausbeute des Petrolkokses beträgt 90 %9 die der Kohle 70 %c 66 Teile Sand +. (10,8 + 15,4) Teile Kohlenstoff oder 1000 kg Sand'+ 397 kg C.
Das Ergebnis entspricht knapp den stöchiometrisehen Rechnungen* Auch hier muß eine Korrektur vorgenommen werden, die die Asche der Backkohle berücksichtigt«
Die Beispiele zeigen, daß brikettierseitig die Forderungen der Reduktion an das Kohlenstoffangebot erfüllt werden können, so daß keine Hindernisse bei der Verwendung von Heiß— briketts im Elektroofen zur Erzeugung von Si- und Si-*Legierungen zu erwarten sind·
Claims (1)
- 6. 7· 1981 AP C 22 C / 228 Γ 58 939 12Erf indungsansp ruchι ιι iiin liiji. inn· in n fr-f nir -*-ι ιτ ι - »-τι—1* Verfahren zur Herstellung von silicium- und kohlenstoffhaltigen Rohst of f «Formungen für die Erzeugung von Silicium oder Siliciümleg.ierungens insbesondere Ferrosiliciumlegierungen» im Elektroofens wobei ein feinkörniger SiIiciumtrager mit feinkörniger Kohle gemischt und die Mischung brikettiert wird, gekennzeichnet dadurch, daß der feinkörnige Siliciumträger mit einem Anteil an backender Kohle gemischt und die Mischung bei einer Temperatur von etwa 350 bis 550 0C bei der Heißbrikettierung von Steinkohlen zu den Rohst off »Formungen geformt wird«2» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Mischung zu Rohst of f-Formungen mit einem Gewicht von 10 bis 100 g, vorzugsweise 20 bis 60 g, brikettiert wird«3* Verfahren nach einem der Punkte 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß etwa 60 bis 70 Gewichtsprozent Silicium« träger, etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent backende Kohle und etwa 10 bis 20 Gewichtsprozent andere Kohlenstoffträger, wie. nichtbackende Kohle und/oder Kokse und/oder Petrolkoks und/oder organische Verbindungen, gemischt und diese Mischung heißbrikettiert wird*Verfahren nach einem der Punkte 1 oder 2, gekennzeichnet dadurchj daß die Mischung so zusammengesetzt wird, daß der Kohlenstoffgehalt aller Kohlenstoffträger etwa 40 Gewichtsprozent des im SiIiciumtrager enthaltenen SiO, ausmacht*6« 7. 1981AP C 22 C / 22858 939 12Verwendung von Rohstoff-Formungen, die nach dem Verfahren eines der Punkte 1 bis 4 hergestellt worden sind, gekennzeichnet dadurch, daß sie für die Erzeugung von Silicium oder Siliciumlegierungen, insbesondere für die Erzeugung von Ferrosiliciumlegierungen, im Elektroofen eingesetzt werden.
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