NO173228B - Ovn og framgangsmaate for smelting av silisium - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en silisium-smelteovn og en framgangsmåte for framstilling av silisium ved redusjon av silisiumdioksid med silisiumkarbid ved bruk av en slik smelteovn.

Ingen av arbeidene som er kjent fra teknikkens stand og som er eldre enn den foreliggende oppfinnelsen beskriver en syklisk, to-trinns satsvis framgangsmåte hvor Si02 og SiC omsettes for å gi smeltet silisium, SiO og CO, hvor det dannede SiO bringes i kontakt med et leie av karbon for regenerering til SiC.

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelsen å forbedre råmateriale og energiutnyttelse i framstillingen av silisium.

Ovennevnte formål oppnås med en silisium-smelteovn og en framgangsmåte for bruk av denne som angitt i den karakteriserende del av henholdsvis patentkrav 1 og 2.

Det er funnet smeltet silisium kan fremstilles effektivt i en to-trinns prosess i en smelteovn hvortil er festet en aksling omfattende et leie av karbon. Framgangsmåten gjør bruk av reaksjonene,

Nettoresultatet er totalreaksjonen for framstilling av silisium,

Partialtrykket av SiO er kritisk for dannelsen av smeltet silisium. Det må nås et minimum partialtrykk av SiO for at silisium skal dannes. Når SiC>2 og karbon omsettes i reaksjonssonen i en silisium-smelteovn, dannes to mol CO pr. mol smeltet silisium dannet. Ved den foreliggende oppfinnelsen danner reaksjonen mellom Si02 og SiC bare ett mol CO pr. mol silisium som dannes. Det andre mol CO dannes i karbonleiet i sjakta. Termodynamiske analyser av framgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen antyder at silisiumframstilling kan utføres ved vesentlig lavere temperatur på grunn av lavere CO-konsentrasjon, og økt partialtrykk av SiO i reaksjonssonen i en silisium-smelteovn. Karbonleiet i smelteovnen ifølge den foreliggende oppfinnelsen binder i det vesentligste all SiO dannet som SiC. Faktisk er silisiumutbyttet så høyt som 88% demonstrert ved den foreliggende oppfinnelsen. Dette silisiumutbyttet står i forhold til et utbytte på omtrent 75% for konvensjonelle smelteovner med neddykket lysbue.

De følgende tegninger er presentert for å beskrive en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, der

fig. 1 viser en perspektivskisse av den komplette silisium-smelteovnen som utgjør oppfinnelsen,

fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom smelteovnen, og

fig. 3 viser et tverrsnitt sett fra siden av smelteovnen.

På fig. 1 er den komplette smelteovnen vist omsluttet av et stålskall 1. Et lokk 2 avgrenser toppen av sjakta som inneholder et leie av partikkelformet karbon. Lokket 2 er forbundet med en gassutløpsledning 3 for å lede de gjenværende biprodukt-gassene til anordninger for å gjenvinne verdien av disse gassene som en energikilde eller som kjemiske mellomprodukter. En plasmabue-anordning 4 kommer inn i smelteovnskroppen i en ende motstående sjakten, gjennom en vannavkjølt plate 5. En silisium-tapperenne 6 eksisterer ved bunnen av smelteovnskroppen.

På fig. 2 er det plassert ei sjakt 7 på toppen av smelteovnskroppen 8. Plasmabue-anordningen 4 kommer inn i smelteovnskroppen 8 i enden av smelteovnskroppen

motstående sjakta gjennom den vannavkjølte platen 5. Sjakta 7 og smelteovnskroppen 8 er foret med karbonpasta 9. Sjakta 7 er en avkortet kjegle som er understøttet over smelteovnskroppen 8 av grafittblokker 10. Lokket 2 er på plass i sjakta 7 for å holde systemet lukket under drift av smelteovnen. Lokket 2 frakobles gassutløpsledningen 3 til gasshåndteringsanordningen og ble fjernet for fjerning av SiC fra sjakta og mating av Si02 til smelteovnen. Ei grafitt-understøttelsesplate 11 er plassert i bunnen av

sjakta. Friskt karbon er understøttet på denne platen under drift av smelteovnen. På slutten av syklusen knuses understøttelsesplata 11 med en stakestang, slik at SiC og SiOz tilføres smelteovnen. Plasmabue-anordningen 4 er plassert slik at katoden 12 kan føres i forskjellige stillinger inne i smelteovnskroppen 8. Plasmabue-anordningen 4 er også montert slik at katoden 12 kan pivoteres inne i smelteovnskroppen. En anode 13 er plassert under smelteovnskroppen 8. Silisium fjernes fra smelteovnskroppen via tapperennen 6. Smelteovnskroppen 8 og sjakta 7 er omsluttet, fra innsiden mot utsiden, først av et lag av krom-alumina ildfast materiale 14. Dette laget av ildfast materiale etterfølges av et lag av isolerende stein 15. Hele sammenstillingen er så omsluttet av stålskallet 1.

Fig. 3 viser ytterligere forholdet mellom sjakta 7 og smelteovnskroppen 8. I tillegg

er det vist detaljer av tapperenna 6 for smeltet silisium.

Den foreliggende oppfinnelsen frembringer en silisiumsmelteovn slik som den beskrevet på figurene ovenfor. Det som er beskrevet er derfor en silisium-smelteovn omfattende (A) en smelteovnskropp, hvor nevnte smelteovnskropp er i det vesentligste et lukket kar, avgrensende en reaksjonssone for anbringelse av faste reaktanter og smeltet silisium;

(B) en sjakt egnet for å inneholde faste partikler av karbon og egnet for å slippe igjennom gasser fra smelteovnskroppen gjennom sjakten, hvor sjakta er festet til

toppen av smelteovnskroppen ved en første åpning i smelteovnskroppen; (C) en energikilde, hvor nevnte energikilde er montert inn i smelteovnskroppen gjennom en andre åpning i smelteovnskroppen; (D) anordning for å understøtte faste partikler av karbon, plassert i bunnen av sjakta og i stand til å slippe igjennom gasser fra smelteovnskroppen opp igjennom sjakten;

og

(E) en anode for energikilden, hvor nevnte anode er plassert inne i smelteovnskroppen; og (F) anordning for oppsamling av smeltet aluminium, hvor nevnte anordning er anbragt ved en tredje åpning i smelteovnskroppen, hvor nevnte tredje åpning er i den

nedre delen av smelteovnskroppen.

Utformingen av silisium-smelteovnen ifølge den foreliggende oppfinnelsen gjør effektiv drift av en to-trinns framgangsmåte enklere, hvorved silisiumkarbid fremstilles samtidig men i et karbonleie adskilt fra reaksjonssonen i smelteovnen hvor smeltet silisium dannes; råstoffene tilført systemet er silisiumdioksid og karbon. Testing av ei sjakt for å inneholde et leie av karbon forenkler kontakten mellom biprodukt-gassene fra reaksjonssonen, minimaliserer varmetap og forenkler blandingen av resulterende silisiumkarbid med silisiumdioksid og tilføring til reaksjonssonen i smelteovnen ved konvensjonell staketeknikk. Innføring av energikilden gjennom en vegg i smelteovnskroppen, forenkler plasseringen av sjakta over smelteovnskroppen.

Utformingen og konstruksjonen av smelteovnskroppen tilsvarer den for konvensjonelle smelteovner.

Sjakta som er plassert over smelteovnskroppen kan ha enhver vertikal, åpen utforming slik som, f.eks., en sylinder, ei sjakt med et kvadratisk eller rektangulært tverrsnitt, en struktur med hellende sider slik som ei avkortet kjegle. Ei avkortet kjegle er en foretrukket utførelsesform for sjakta.

Utformingen av sjakta har en betydelig innflytelse på den effektive konverteringen av SiO til SiC. En fagmann i utforming av gass/fast-stoff-reaktorer vil vedgå behovet for å kontrollere slike faktorer som: (1) partikkelstørrelsen av de faste stoffene i sjakta og (2) relativ høyde og tverrsnittsareal (eller en tverrsnittsdimensjon i sjakta, slik som diameteren for et sirkulært tverrsnitt) for sjakta for å gi de nødvendige overflatehastigheter og oppholdstider for gassene inne i sjakta for å oppnå effektiv konvertering av SiO til SiC. For formål under den foreliggende oppfinnelsen vil høyden av sjakta bli angitt ved "H" og tverrsnittsdimensjonen vil bli angitt ved "D". I eksemplet nedenfor er det vist at for ei sirkulær sjakt, ga det et effektivt forhold H/D på omtrent 2 for konvertering av SiO til SiC. Oppfinnerene antar at for denne anvendte målestokken i eksemplet, kunne det effektivt oppnås høyere H/D forhold, men tilleggsoppvarming ville være nødvendig for å gi en tilstrekkelig temperatur inne i karbonleiet for å gi konvertering av SiO til SiC. En begrensende faktor for H/D-forholdet er trykkfallet gjennom leiet av karbon.

Når produksjonsomfanget øker, vil det nødvendige H/D-forholdet for å beholde tilsvarende overflatehastigheter og oppholdstider, avta. Imidlertid må et minimalt H/D-forhold beholdes for å redusere kanaldannelse for gassene gjennom leiet av faste partikler for å sikre tilstrekkelig kontakt mellom gassformig SiO med de faste karbonpartiklene. Oppfinnerene tror at et forhold H/D for sjakta i området fra omtrent 0,1 til 10 er effektiv for den foreliggende oppfinnelsen.

Tilleggsoppvarming av sjakta kan utføres ved slike kjente anordninger som f.eks. motstandsoppvarming.

Energikilden kan være kjente anordniger slik som f.eks. en grafittelektrode eller en omdannet plasmabue, hver av kildene koblet med en anode inne i smelteovnskroppen. Den foretrukne energikilden er en likestrøms omdannet plasmabue. Den omdannede plasmabuen bruker en minimal mengde av plasmagass og minimaliserer fortynning av gassformig SiO i reaksjonssonen. Plasmagassen kan f.eks. være karbon, hydrogen, eller blandinger av disse.

For å bevirke effektiv overføring av termisk energi inne i silisium-smelteovnen ifølge den foreliggende oppfinnelsen, er det å foretrekke at elektroden eller plasmabuen er bevegelig montert inne i smelteovnskroppen. Et eksempel på slik bevegelig montering ville være en utforming hvor elektroden eller katoden for en plasmabue var bevegelig langs dens vertikale akse, idet den var bevegelig inn og ut av smelteovnskroppen. Et annet eksempel på en monteringsut-forming ville være montering på et nivå som ville gjøre det mulig å bevege elektroden eller katoden i plasmabuen og bli svinget i en bue inne i smelteovnskroppen. Den bevegelige monteringen kunne også f.eks. være en kombinasjon av slike monteringer. Elektroden eller katoden i en plasmabue skulle fortrinnsvis komme inn i smelteovnskroppen gjennom en vegg.

En anordning for understøtting av faste partikler av karbon kan være enhver konvensjonell anordning som virkelig vil holde de faste partiklene og samtidig la biproduktgasser fra smelteovnskroppen passere opp gjennom sjakta. En slik konvensjonell anordning kan f.eks. være slik som en perforert plate.

En måte å samle opp smeltet silisium kan være slike konvensjonelle måter som f.eks. satsvis eller kontinuerlig tapping. Midler for å samle opp smeltet silisium kunne anbringes f.eks. ved en åpning i bunnen av smelteovnskroppen eller på et sted lavt på en vegg i smelteovnskroppen.

Den foreliggende oppfinnelsen frembringer også en framgangsmåte for smelting av silisium, ved bruk av smelteovnen beskrevet ovenfor, under betingelser som vil bli beskrevet heri. Det som beskrives er defor en framgangsmåte for framstilling av silisium ved reduksjon av silisiumdioksid med silisiumkarbid i en silisiumsmelteovn, som beskrevet ovenfor, hvor framgangsmåten omfatter

(G) å tilveiebringe en utgangsmateblanding til reaksjonssonen, hvor nevnte utgangsmateblanding består i det vesentligste av en ekvimolar blanding av

silisiumkarbid og silisiumdioksid; (H) fylle sjakta med karbon, hvor mengden av karbon er praktisk talt 2 mol karbon pr. mol silisiumdioksid i reaksjonssonen;

(J) tilføring av energi til reaksjonssonen for å bevirke konvertering av føde-blandingen til smeltet silisium, gassformig silisiummonoksid og karbonmonoksid; hvor det gassformige karbonmonoksid passerer gjennom sjakta fylt med karbon, hvor det gassformige silisiummonoksidet passerer inn i sjakta og reagerer med karbon for

å danne silisiumkarbid;

(K) utvinning av det smeltede silisium fra reaksjonssonen; (L) blanding av silisiumkarbidet dannet i sjakta med en praktisk talt ekvimolar mengde av en tilleggsporsjon av silisiumdioksid for å gi en andre blanding; og å tilføre nevnte andre blanding til reaksjonssonen; (M) fylling av sjakta med karbon, hvor mengden av karbon er praktisk talt to mol karbon pr. mol silisiumdioksid tilført til reaksjonssonen;

(N) tilføring av energi til reaksjonssonen for å bevirke konvertering av

silisiumdioksid og silisiumkarbid til smeltet silisium, gassformig silisiummonoksid og karbonmonoksid; hvor det gassformige karbonmonoksid passerer gjennom sjakta fylt med karbon, hvor det gassformige silisiummonoksid passerer inn i sjakta og reagerer med karbon for å danne silisiumkarbid;

(P) utvinning av det smeltede silisium fra reaksjonssonen;

(0) gjentagelse av trinnene fra (L) til (P).

Framgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen er basert på reaksjonene, diskutert ovenfor,

Nettoresultatet er framstilling av silisium ifølge totalreaksjonen,

Den foreliggende oppfinnelsen, etter en utgangsladning med SiC, avhenger av reaksjonen av SiO i et leie av karbon for å gi SiC samtidig i sjakta over reaksjonssonen til silisium-smelteovnen.

Utgangsladningen av SiC kan være SiC framstilt eksternt fra smelteovnen ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Utgangsladningen av SiC kan være framstilt i smelteovnen. Som et eksempel kan utgangsladningen av SiC også være framstilt i smelteovnen ved å tilføre ekvimolare mengder av Si02 og silisium i smelteovnskroppen, samtidig som det tilføres 4 mol karbon pr mol SiOj tilført smelteovnskroppen i sjakta i smelteovnen. Tilføring av energi til smelteovnen resulterer i dannelse av SiC ved reaksjonene, Som enda et eksempel kan utgangsladningen av SiC også fremstilles i smelteovnen ved å utnytte reaksjonene,

ved bruk av et lignende prosessoppsett som nettopp diskutert.

Silisiumdioksidet som tilføres smelteovnen separat eller kombinert i en blanding med silisiumkarbid kan være kvarts, i dets mange naturlig opptredende former (slik som sand), silisium i smeltet eller damp-form, utfelt silika og silikamel i dets mange former. Formen av silisiumdioksidet kan f.eks. være pulver, granulat, klumper, småstein, pellets og briketter. Partikkelstørrelsen for silisiumdioksidet er av oppfinnerne ikke antatt å være kritisk for den foreliggende oppfinnelsen.

Karbonet som plasseres i sjakta for reaksjon med biprodusert SiO for å gi SiC kan f.eks. være kjønrøk, trekull, kull eller koks. Formen på karbonet kan f.eks. være pulver, granulat, biter, klumper, pellets og briketter. For effektiv drift av sjakta hvori SiO omsettes med partikkelformet karbon for å gi SiC, er det å foretrekke at partikkelstørrelsen for karbon er så liten som mulig for å lette effektiv kontakt mellom SiO og karbon samtidig som det ikke skapes problemer med partikler som rives med gassene eller større trykktap over leiet av karbon.

Ved den foreliggende oppfinnelsen, når stabil smelteovnsdrift er etablert, tilføres praktisk talt ekvimolare mengder av Si02 og SiC til reaksjonssonen i smelteovnen. En karbonmengde tilsvarende omtrent 2 mol karbon pr mol S1O2 anbringes i sjakta plassert på toppen av smelteovnen. Når energi tilføres reaksjonssonen, dannes smeltet silisium som tappes. De gassformige biproduktene SiO og CO, med høy temperatur går opp i leiet av karbon, SiO reagerer med karbon for å danne SiC. SiC i sjakta blandes med en ekvimolar mengde Si02 og sekvensen ovenfor gjentas og kan gjentas mange ganger. Blanding av SiC dannet i sjakta med frisk Si02 kan gjøres, f.eks. ved tilsetting av Si02 til SiC i sjakta og manuelt eller mekanisk røre de faste partiklene sammen. En mer foretrukken måte å blande Si02 SiC er å knuse anordningen for å understøtte faste partikler i sjakta, deretter helle frisk Si02 i hullet, og forårsake at SiC trekkes inn i og blandes med strømmen av fallende SiOz.

Mengden karbon plassert i sjakta på smelteovnen bør praktisk talt være i støkiometrisk balanse med SiO^ tilført til smelteovnen, 2 mol karbon pr mol Si02. Det er underforstått at bruk av mindre enn en støkiometrisk mengde karbon i forhold til Si02 vil resultere i tap av SiO fra systemet. I motsatt fall, er det underforstått at bruk av mer enn støkiometrisk mengde av karbon vil resultere i et overskudd av karbon i sjakta på slutten av syklusen, hvor karbon tilføres reaksjonssonen i smelteovnen, og reduserer fordelene med den foreliggende oppfinnelsen.

Det er underforstått av mindre enn støkiometrisk mengde av SiC i forhold til Si02 tilført smelteovnen kan anvendes, imidlertid med den ulempe at utbyttet av silisium-råmaterialet vil reduseres ved en oppbygning av Si02 i smelteovnen. Det er videre å forstå at større enn den støkiometriske mengde silisiumkarbid i forhold til silisiumdioksid kan anvendes, imidlertid med en resulterende oppbygning av silisiumkarbid i silisiumsmelteovnen.

For formål ifølge den foreliggende oppfinnelsen betyr termene "bestående i det vesentligste av en ekvimolar blanding av silisiumkarbid og silisiumdioksid" og "i det vesentligste to mol karbon pr mol silisiumdioksid" at molforholdet mellom disse materialene relativt til hverandre er fortrinnsvis innenfor 1 til 2 molprosent av de støkiometriske mengder. Imidlertid antar oppfinnerene at den foreliggende oppfinnelsen kan utføres effektivt i et område fra 1,8 til 2,2 mol karbon pr mol Si02.

Den foretrukne energikilden er en omdannet plasmabue inrettet mot en anode i smelteovnskroppen. Den omdannede plasmabuen anvender en minimal mengde plasmagass og minimaliserer uttynning av gassformig SiO i reaksjonssonen. Plasmagassen kan f.eks. være argon, hydrogen eller blandinger derav. Det foretrekkes at plasmabuen er en likestrøms plasmabue for å forenkle overføringen av plasmaen i denne bestemte smelteovnsutformingen.

Energikilden kan også være en grafittelektrode innrettet mot en anode i smelteovnskroppen på en måte tilsvarende den brukt med plasmabuen.

Smelteovnen er utformet slik at trykk i området fra atmosfærisk trykk til 6 atmosfærer kan bibeholdes. Drift av en lukket smelteovn ved atmosfærisk trykk eller høyere forenkler bedre gjenvinningen av biproduktgassene etter at gassene kommer ut av smelteovnen. For formål under den foreliggende oppfinnelsen betyr termen "lukket smelteovn" at strømmen av gass som slipper ut av smelteovnen er begrenset av leiet av karbon eller en gasstrykk-reguleringsventil for å forhindre eksterne gasser fra å trenge inn i smelteovnen. En lukket smelteovn gjør det lettere å gjenvinne

praktisk talt ufortynnede biproduktgasser.

"Utvinning av smeltet silisium" betyr enhver konvensjonell måte å fjerne det smeltede silisiumproduktet fra reaksjonssonen ved slike kjente teknikker som satsvis eller kontinuerlig tapping.

Den foreliggende oppfinnelsen fjerner effektivt SiO fra biprodukt-gassene. Problemene som sådan forbundet med nærvær av SiO i biproduktgassene i forhold til å bruke disse gassene som en energikilde eller som et kjemisk mellomprodukt er praktisk talt eliminert. Nå håndteres biproduktgassene fra silisium-smelteovner med direkte avhendings-teknikker slik som ventilering eller brenning. En representativ mulig sammensetning på silisium smelteovnsgass er som følger:

Biproduktgassene har tilstrekkelig karbon- og hydrogen-innhold til å kunne anvendes som kjemiske mellomprodukter eller som brensel. Gassblandingen ovenfor har en energi eller varmeverdi på 9311 U til 11173 kJ (8825 - 10590 BTU) pr. standard kubikkmeter gass. De ovennevnte biproduktgassene kan anvendes som brensel for forbrenning i slike kjente prosesser som en dampkjele. I tillegg kan biproduktgassene anvendes for forbrenning i en gassturbin som er koblet til en elektrisk generator. Elektrisiteten dannet på denne måte kunne erstatte mye av elektrisiteten nødvendig for drift av silisium-smelteovnen.

Fra beskrivelsen av biproduktgassene ovenfor, fremgår det at karbonmonoksid og hydrogen er hovedbestanddelene i biproduktgassene. Karbonmonoksid er kjent som et verdifullt råmateriale for framstilling av organiske kjemikalier slik som alkoholer, ketoner, aldehyder, aminer, karboksylsyrer o.l.

For at fagfolk bedre skal forstå og verdsette den foreliggende oppfinnelsen presenteres følgende eksempel.

Eksempel 1

En lukket smelteovn, utformet tilsvarende til den beskrevet på figurene ovenfor, ble satt sammen. Reaksjonssonen til smelteovns-kroppen hadde dimensjoner på 850 mm x 380 mm ved bunnen og 350 mm i høyde. Ei sjakt, i form av ei avkortet kjegle, ble plassert på en åpning i en ende av toppen av smelteovns-kroppen. Kjegla var omtrent 450 mm høy med en innvendig diameter på 200 mm ved sammenføyningen med smelteovnskroppen, skrånende til en innvendig diameter på omtrent 390 mm på toppen av kjegla. Stykker av grafittplater ble plassert inne i sjakta parallelle med den utvendige kanten av kjegla for å gi et semisirkulært tverrsnitt til kjegla. Den resulterende sjaktutformingen var tilnærmet ei avkortet kjegle som startet med en diameter på omtrent 100 mm i sammenføyningen med smelteovnskroppen, skrånende til en innvendig diameter på omtrent 300 mm ved toppen. En perforert grafittplate ble plassert over åpningen i smelteovnskroppen i bunnen av sjakta for å understøtte partikkelformet karbon og la biproduktgasser komme i kontakt med partiklene for å danne silisiumkarbid.

En plasmabue ble brukt som energikilde. Plasmabuen var en 100 kW likestrøms omdannet bue-enhet fremstilt av Voest- Alpine, Linz, Østerrike. Plasmabuen ble montert slik at katoden kunne føres inn eller trekkes ut langs dens vertikale akse. I tillegg ble plasmabuen montert slik at katoden kunne pivotere fra en horisontal stilling til en stilling under horisontalen. En renne for tapping av smeltet silisium strakte seg ut fra siden av smelteovnkroppen, nær bunnen i en posisjon praktisk talt rett under sjakta.

Råstoffene anvendt var silisium, silisiumdioksid og trekull. Silisiumdioksidet var Bear River Quartz fra California. Kvartsen hadde en partikkelstørrelse som var hovedsakelig i området fra 19 til 25 mm. Trekullet var østerriksk trekull fra harde treslag: Trekullet hadde en partikkelstørrelse hovedsakelig i området fra 13 til 19 mm.

Plasmabuen ble drevet med en argon-strømningshastighet på 0,9 NmVtime. Smelteovnskroppen ble forvarmet i 4 timer med denne utformingen.

Smelteovnen var i utgangspunktet fylt med 1,00 kg silisium. Dette ble så etterfulgt av tre ladninger som var praktisk talt ekvimolare blandinger av silisium (Si) og silisiumdioksid (Si02). Si- og Si02/Si-blandingene ble tilført smelteovnskroppen gjennom sjakta, som på dette tidspunkt ikke inneholdt noen understøttelsesplate. Si02/Si-blandingen fikk reagere til å generere gassformig silisiummonoksid (SiO). Det gassformige SiO forvarmet ytterligere smelteovnskroppen og sjakta. En understøttelsesplate ble så plassert i sjakta. Sjakta ble så fylt med 2,0 kg. trekull. Sjakta ble koblet til ledningen for biproduktgassene. Etter en energitilførsel på omtrent 200 kWh, ble lokket på sjakta fjernet; 4,64 kg Si02 ble tilsatt til sjakta; innholdet i sjakta ble tilført smelteovnen ved å knuse understøttelsesplata med en stakestang. Når understøttelsesplata var knust, oppstod der et hull i leiet av SiC. SiC var ikke særlig fritt-strømmende. Ved å helle partikkelformet Si02 i hullet trakk dette stor SiC inn i den strømmende SiC^-strømmen, og bevirket blanding av SiC og Si02. Ei ny understøttelsesplate ble plassert i sjakta. 3,0 kg trekull ble plassert i sjakta. Sjakta ble igjen lukket og forsøket fortsatte. Denne syklusen ble gjentatt etter hver tilføring av 200 kWh energi over en periode på omtrent 39 timer. De knuste grafitt-understøttelsesplatene ble også tilført smelteovnkroppen og ble betraktet som en del av den totale karbontilsetningen. Forholdet mellom totalt karbon (trekull og grafittplate) og Si02 tilført var praktisk talt 2 mol karbon pr mol Si02. De knuste grafitt-understøttelsesplatene ble også tilsatt til smelteovnen. Smeltet silisium ble tappet fra smelteovnen etter hver syklus.

Tabell 1 er en oppstilling av materialene tilført smelteovnen og det smeltede silisium tappet fra smelteovnen. I tabell 1 er tida, i timer, etter tilføring av materialer ble startet angitt som "Tid"; SiOj tilført i kg, er angitt som "Si02"; silisiu.m tilført i kg, er betegnet "Si", trekull tilsatt, i kg, er betegnet "Tre"; vekten av grafitt-understøttelsesplaten, i kg, er angitt som "Plate"; og det smeltede silisium tappet, kg, er angitt som "Tap".

Det fremgår fra disse resultatene at stabile driftsbetingelser ikke ble oppnådd før de omtrent 12 til 13 siste timer av denne kjøringen. I de siste 12 til 13 timer av denne kjøringen, var silisiumutbyttet omtrent 88%. Som en sammenligning er silisiumutbyttet i en konvensjonell 200 kWA lysbuesmelteovn omtrent 75%. Resultatene ovenfor demonstrerer virkningen av den foreliggende oppfinnelsen.

1. Silisium-smelteovn

karakterisert ved at den omfatter

(A) en smelteovnskropp (8), hvor nevnte smelteovnskropp er i det vesentligste et lukket kar, avgrensende en reaksjonssone for anbringelse av faste reaktanter og

smeltet silisium;

(B) ei sjakt (7)egnet for å inneholde faste partikler av karbon og egnet for å slippe igjennom gasser fra smelteovnskroppen (8) gjennom sjakta (7), hvor sjakta er festet til toppen av smelteovnskroppen ved en første åpning i smelteovnskroppen; (C) en energikilde (4,12), hvor nevnte energikilde er montert inn i smelteovnskroppen (8) gjennom en andre åpning (5) i smelteovnskroppen; (D) anordning (11) for å understøtte faste partikler av karbon, hvor nevnte anordning (11) for å understøtte faste partikler er plassert i bunnen av sjakta (7), hvor nevnte anordning (11) for å understøtte faste partikler er istand til å slippe igjennom gasser fra smelteovnskroppen (8) opp igjennom sjakta (7); og (E) en anode (13) for energikilden, hvor nevnte anode (13) er plassert inne i smelteovnskroppen (8); og (F) anordning (6) for oppsamling av smeltet aluminium, hvor nevnte anordning (6) er anbrakt ved en tredje åpning i smelteovnskroppen (8), hvor nevnte tredje åpning

er i den nedre delen av smelteovnskroppen.

2. Framgangsmåte for framstilling av silisium ved reduksjon av silisiumdioksid med silisiumkarbid i silisium-smelteovnen ifølge patentkrav 1, karakterisert ved at framgangsmåten videre omfatter

(G) å tilveiebringe en utgangsmateblanding til reaksjonssonen, hvor nevnte utgangsmateblanding består i det vesentligste av en ekvimolar blanding av

silisiumkarbid og silisiumdioksid;

(H) fylle sjakta (7) med karbon, hvor mengden av karbon er praktisk talt 2 mol karbon pr. mol silisiumdioksid i reaksjonssonen; (J) tilføring av energi (4,12,13) til reaksjonssonen for å bevirke konvertering av fødeblandingen til smeltet silisium, gassformig silisiummonoksid og karbonmonoksid; hvor det gassformige karbonmonoksid passerer gjennom sjakta (7) fylt med karbon, hvor det gassformige silisiummonoksidet passerer inn i sjakta (7) og reagerer med karbon for å danne silisiumkarbid; (K) utvinning (6) av det smeltede silisium fra reaksjonssonen; (L) blanding av silisiumkarbidet dannet i sjakta (7) med en praktisk talt ekvimolar mengde av en tilleggsporsjon av silisiumdioksid for å gi en andre blanding; og å tilføre nevnte andre blanding til reaksjonssonen; (M) fylling av sjakta (7) med karbon, hvor mengden av karbon er praktisk talt to mol karbon pr. mol silisiumdioksid tilført til reaksjonssonen;

(N) tilføring av energi (4,12,13) til reaksjonssonen for å bevirke konvertering av silisiumdioksid og silisiumkarbid til smeltet silisium, gassformig silisiummonoksid og karbonmonoksid; hvor det gassformige karbonmonoksid passerer gjennom sjakta (7) fylt med karbon, hvor det gassformige silisiummonoksid passerer inn i sjakta (7) og reagerer med karbon for å danne silisiumkarbid;

(P) utvinning (6) av det smeltede silisium fra reaksjonssonen;

(Q) gjentagelse av trinnene fra (L) til (P).