NO148115B - Fremgangsmaate til rensing eller oppkonsentrering av en silisium-legering. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår rensing eller oppkonsentrering

på silisium av en silisiumlegering. Særlig angår oppfinnelsen framstilling av silisium fra ferrosilisium med høyt silisiuminnhold.

Ferrosilisium med høyt silisiuminnhold, for eksempel 90% eller 75% silisium, framstilles i en elektrisk smelteovn.( I det etterfølgende blir ferrosilisium med 90% silisium kalt 90% FeSi.) Smeiten fra ovnen tappes av og avkjøles slik at den solidifiseres. Under solidifiseringen vil først relativt rent silisium krystallisere ut. Jern og forurensninger vil derved anrikes i den gjenværende smeiten og til sist stivne på korngrensene mellom de rene silisiumkornene. Forurensende metaller i 90% FeSi er vesentlig aluminium og kalsium. På korngrensene dannes en rekke legeringer med metallinnhold som angitt av for eksempel følgende formler: FeSi2, CaSi2, CaAl2 eller Ca3Al6Si2. ( Ifølge A. Espelund: "Om disintegrering av teknisk ferrosilisium", Tid-skrift for kjemi, bergvesen og metallurgi 27 ( Nr 1 - 1967 )

p 13 - 20.)

Det er tidligere kjent fra de norske patentene 93228 og 122241

å framstille ca. 99% rent silisium ved å behandle ferrosilisium og silisiummetall med en saltsur løsning av FeCl^ ved 110°C. Denne metoden er utnyttet industrielt i den såkalte Silgirain-prosessen. De ovenfor nevnte legeringer pår korngrensene er alle mer løselige i varm jernkloridløsning enn rent silisium. Når størknet 90% FeSi plasseres i den nevnte jernkloridløsningen,

vil fasene mellom de rene silisiumkornene løses, og de rene silisiumkornene frigjøres.

Selv om Silgrain-prosessen er utført industrielt med stort hell, har den en rekke ulemper som foreliggende oppfinnelse søker å overvinne. Silgrain-prosessen krever varme for at utlutings-hastigheten skal bli akseptabelt høy, og det er store korrosjons-problemer på utstyret på grunn av den sterkt korrosive virkningen av varm jernkloridløsning. Løsningen avgir saltsyregass som må fjernes fra avgassen fra prosessen, og treverdig jern må regenereres med tilførsel av klor eller ved elektrolyse. Disse ulempene unngås ved foreliggende oppfinnelse.

Ifølge o<p>pfinnelsen er en framgangsmåte til rensing eller opp-konsentrerina på silisium av en silisiumlegering, særlig ferrosilisium, ved at legerende og forurensende metaller oksyderes og løses i en vandig løsning mens renset eller oppkonsentrert silisium eller silisiumlegering i det alt vesentlige forblir uløst, karakterisert ved at oksydasjonen foregår ved elektrolyse med løsningen som elektrolytt og med silisiumlegeringen som anode.

Vi har observert at legeringene av Fe, Ca, Al og Si på korngrensene mellom de relativt rene silisiumkornene i for eksempel 90% FeSi lar seg bringe i løsning ved å plassere stykker av FeSi i en elektrolytt og kople dem til en elektrisk spennings-kilde slik at stykkene blir anode. Vi antar at det som skjer er at metallene i korngrenselegeringene oksyderes til metall-ioner som løses i elektrolytten og fjernes fra anodestykkene. Derved frigjøres de rene silisiummetallkornene.

Produksjon av rent silisiummetall på denne måten vil ha en

rekke fordeler framfor Silgrain-prosessen. Prosessen kan kjøres uten varme, og en sparer energi som ville behøves for å .varme løsningene. Det er ikke nødvendig å bruke sterkt korrosive løsningsmidler og derved unngås korrosjon i prosessutstyret.

Det gir større frihet i valg av konstruksjonsmaterialer. For eksempel kan det benyttes syrefast stål. Videre vil det ikke være noen syreholdige gasser å behandle.

Anoder til bruk ved framgangsmåten ifølge oppfinnelsen

kan framstilles ved støping av smeltet FeSi. Siden anodene vil smuldre opp, vil anodene få kort levetid.

Ifølge et trekk ved oppfinnelsen kan det anvendes en anode som består av tett sammenpakkede stykker av silisiumlegeringen som holdes sammen av en finmasket kurv.

Prinsippielt kan en hvilken som helst uoppløselig katode benyttes. Egnete materialer for katoden er for eksempel kull, syrefast stål eller titan. Kurven kan utføres av et hvert materiale som er inert overfor elektrolytten og som ikke leder strøm i nevneverdig grad. For eksempel kan den lages av polyvinylklorid. Maskeåpningene bør være så

små at bare korn som er blitt tilstrekkelig renset eller oppkonsentrert faller gjennom kurven og ned i bunnen av elektrolysekaret hvorfra de kan fjernes. For å sikre at ferdigrensede korn forlater kurven, kan den periodisk ut-settes for manuelle eller mekaniske støt eller fluidiseres. Strømtilførsel til anoden skjer ved at en eller flere strøm-ledere berører stykkene av silisiumlegeringen i kurven. Ifølge et alternativt trekk kan det anvendes en anode som

er utformet som et liggende, svakt hellende, roterende rør som gjennomløpes av stykker av silisiumlegeringen som delvis fyller røret. Ved at legeringstykkene stadig er i bevegelse sikres god kontakt mellom væske og fast stoff.

Det har vist seg at ved framgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil store partikler ha forholdsvis mye igjen av forurensninger. Dette er rimelig siden det forsatt vil være korh-' grenser inne i partiklene som ikke er blitt utsatt for elektrolytten. Kurvens maskevidde eller rørets lengde og rotasjonshastighet må således dimensjoneres etter ønsket rensegrad slik at partikler som er så store at de ikke er ferdigrenset unnslippes i minst mulig grad.

Imidlertid har det også vist seg at særlig finkornet materiale også har forholdsvis stor konsentrasjon av forurensninger slik at ytterligere rensning kan være nødvendig for enkelte formål.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen kan renset eller oppkonsentrert silisium eller silisiumlegering underkastes ytterligere rensing eller oppkonsentrering ved sikting hvorved en finkornet fraksjon fjernes fra gjenværende produkt.

Oppfinnelsen er naturligvis ikke begrenset til jern-silisiumlegeringer. Også andre silisiumlegeringer bestående av rene silisiumkorn holdt sammen av en fase med høyere metallinnhold vil reagere på samme måte, og oppfinnelsen omfatter også rensing av disse.

Oppfinnelsen vil nå bli ytterligere anskueliggjort ved to utførelseseksempler.

Eksempel 1

Et stykke på ca. 5x5x2 cm av 90% FeSi fra Elkems verk i Svelgen ble koplet til den negative polen på et 6 volts batteri og plassert i en NaCl-løsning ( 75 g/l) ved romtemperatur. FeSi-stykket begynte straks å smuldre opp, og løsningen ble brun-farget av oppløst jern. Partiklene ble siktet på en sikt med 0,5 mm maskeåpning og på en med 0,125 mm maskeåpning. Partikler mellom 0,125 mm og 0,5 mm ble analysert med følgende resultat:

En typisk analyse av Silgrain silisium har følgende sammensetning:

Ved den forenklede framgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det således produsert et silisiummetall med omtrent samme sammensetning som et Silgrain-produkt.

Eksempel 2

Dette eksemplet ble utført for å demonstrere at man også kan benytte elektrolytter uten kloridioner. Forsøket ble utført som i eksempel 1, men som elektrolytt ble det benyttet 10% ig svovelsyre, ellers var forsøkende identiske. Analysen av det framstilte silisiummetallet var:

Selv om metallrenheten ikke er like bra i dette eksemplet, er det oppnådd en betydelig renseeffekt også ved bruk av elektrolytt uten klorider.

Claims (4)

1. Framgangsmåte til rensing eller oppkonsentrering på silisium av en silisiumlegering, særlig ferrosilisium, ved at legerende og forurensende metaller oksyderes og løses i en vandig løsning mens renset eller oppkonsentrert silisium eller silisiumlegering i det alt vesentlige forblir uløst, karakterisert ved at oksydasjonen foregår ved elektrolyse med løsningen som elektrolytt og med silisiumlegeringen som anode.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en anode som består av tett sammenpakkede stykker av silisiumlegeringen som holdes sammen av en finmasket kurv.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert v e d at det anvende s en anode som er utformet som et liggende, svakt hellende, roterende rør som gjennom-løpes av stykker av silisiumlegeringen som delvis fyller røret.

4. Framgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at renset eller oppkonsentrert silisiumlegering underkastes ytterligere rensing eller oppkonsentrering ved sikting hvorved en finkornet fraksjon fjernes fra gjenværende produkt. , (