PL176543B1

PL176543B1 - Sposób wytwarzania białej mikrokrzemionki

Info

Publication number: PL176543B1
Application number: PL94312734A
Authority: PL
Inventors: Magne Dastol; Halvard Tveit; Eldar O. Dingsoyr; Per Ronning; Svein Harsaker
Original assignee: Elkem As
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1999-06-30
Also published as: CA2168244C; NO177865C; JP2821652B2; DE69407973T2; PL312734A1; EP0711252B1; WO1995003995A1; DE69407973D1; CN1127499A; JPH09501133A; IS4193A; ZA945106B; CN1042125C; CA2168244A1; NO932696D0; NO932696L; AU675160B2; RU2097323C1; EP0711252A1; RO113027B1

Abstract

1. Sposób wytwarzania bialej mikrokrzemionki majacej zdolnosc odbijania swiatla po- miedzy 65 a 90% w piecu wytopowym do wytwarzania zelazokrzemu lub krzemu z wykorzy- staniem wsadu zawierajacego zródlo SiO2 i staly weglisty czynnik redukujacy, w którym mikrokrzemionka jest odzyskiwana z gazów odlotowych z pieca wytopowego, znamienny tym, ze doprowadza sie do pieca staly czynnik redukujacy o zawartosci skladników lotnych wynoszacej mniej niz 11,2% wag. oraz utrzymuje sie temperature atmosfery gazowej w piecu powyzej wsadu na poziomie powyzej 500°C. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania mikrokrzemionki o dużej zdolności odbijania światła lub o dużej białości.

Mikrokrzemionka jest zwykle wytwarzana jako produkt pośredni wytwarzania żelazokrzemu i krzemu w elektrycznych piecach redukcyjnych, w których wsad stanowiący źródło SiO₂ i jeden lub więcej stałych, węglistych czynników redukcyjnych reaguje na żelazokrzem lub krzem. W procesie tym jako produkt pośredni jest wytwarzany gazowy SiO w strefie reakcyjnej w piecu, który to gaz ucieka w górę poprzez wsad. Część gazowego SiO skrapla się w strefie zimniejszego wsadu ponad strefą reakcyjną, zaś pozostała część gazowego SiO uchodzi ze wsadu i podlega utlenieniu za pomocą powietrza doprowadzanego do pieca ponad wsadem, tworząc cząsteczkowy bezpostaciowy SiO2. Następnie ten cząsteczkowy SiO2 jest odzyskiwany z filtrów wyprowadzających gazy, zwykle filtrów workowych. Wytwarzana tym sposobem mikrokrzemionka ma cząsteczki o rozmiarze zasadniczo pomiędzy 0,02 i 0,5 mikronów, a poszczególne cząsteczki mają głównie kształt kulisty. Mikrokrzemionka znalazła w przeciągu ostatnich dwudziestu lat szerokie zastosowanie jako materiał dodatkowy betonu, materiałów ogniotrwałych, materiałów ceramicznych, zapraw cementowych studzienek ropy naftowej, tworzyw sztucznych, papieru i innych.

Przy wytwarzaniu żelazokrzemu i krzemu za pomocą powyższego sposobu zwykle stosuje się węglisty materiał redukujący, stanowiący mieszaninę około 65% wagowo węgla, a resztę stanowi koks i ewentualnie trociny drewniane. Jest to mieszanina, której stosowanie okazało się najkorzystniejsze ze względu na otrzymywaną najlepszą możliwą pracę pieca, ze względu na wydajność i uzysk żelazokrzemu i krzemu.

Odzyskiwana tym sposobem mikrokrzemionka ma zdolność odbijania światła pomiędzy 30 a 50% mierzoną w skali według, której czarny filc ma zdolność odbijania światła równą zero, zaś BaSO₄ ma zdolność odbijania światła wynoszącą 98,6%. Tak więc wytwarzana mikrokrzemionka ma stosunkowo ciemną barwę, co stanowi problem w przypadku stosowania mikrokrzemionki tam, gdzie potrzebny jest produkt o barwie białej. Przyczyna dla której mikrokrzemionka ma taką małą zdolność odbijania światła, polega na tym, że cząsteczki mikrokrzemionki zawierają węgiel w ilości do 3% wagowo.

W tabeli 1 podano skład chemiczny i niektóre inne własności mikrokrzemionki wytwarzanej sposobem konwencjonalnym w piecu do wytwarzania 75% żelazokrzemu.

176 543

Tabela 1

Związek	% wagowo
S1O2	86-90
SiC	0,1 -0,4
Fe₂O3	0,3 - 0,9
TiO	0,02 - 0,06
AbOa	0,2 - 0,6
MgO	2,5 - 3,5
CaO	0,2 - 0,5
Na2O	0,9- 1,8
K₂O	2,5 - 3,5
s	0,2 - 0,4
c	0,8 - 2,0
P	0,03 - 0,08
Utrata zdolności zapalania (1000°C)	2,4 - 4,0
Gęstość masowa, z filtra, g/l	200 - 300
Gęstość masowa, sprasowana g/l	500 - 700
Gęstość rzeczywista, g/cm3	2,20 - 2,25
Powierzchnia właściwa, m/g	18-22
Procentowa zawartość podstawowych cząstek o wymiarze < 1 pm	90

Problemy związane z mikrokrzemionkąmającąmałązdolność odbijania światła próbowano rozwiązać dwoma sposobami.

Według pierwszego mikrokrzemionka wytwarzana jako produkt pośredni w elektrycznych piecach wytopowych do wytwarzania żelazokrzemu i krzemu jest obrabiana cieplnie w złożu fluidalnym w temperaturach do 900°C dla spalania węgla zawartego w tej mikrokrzemionce. Sposób ten jest opisany w japońskim opisie patentowym nr 11559/84. Według drugiego sposobu, krzemionka jest wytwarzana w tak zwanym generatorze mikrokrzemionki z wsadu składającego się z SiO₂ i Si. W tym procesie, dodatkowo do mikrokrzemionki wytwarzana jest niewielka ilość krzemu. Opisane sposoby mająjednak wady. Obróbka cieplna mikrokrzemionki stanowi dodatkowy etap, który jest bardzo kosztowny i trudny do kontrolowania. Bez dokładnej kontroli temperatury i czasu przetrzymywania, część bezpostaciowych cząstek SiO₂ przechodzi w stan krystaliczny, który daje produkt o całkowicie odmiennych właściwościach. Ponadto krystaliczny S1O2 stanowi ryzyko dla zdrowia. Wytwarzanie mikrokrzemionki w generatorze mikrokrzemionki jest bardzo kosztowne, a ponadto istnieje trudność w zaprojektowaniu generatorów krzemionki, mających dużą pojemność.

Tak więc, istnieje potrzeba opracowania sposobu wytwarzania mikrokrzemionki, który pozwoliłby na wyeliminowanie powyższych niedogodności.

Według wynalazku opracowano sposób wytwarzania mikrokrzemionki mającej zdolność odbijania światła pomiędzy 65 a 90% w piecu wytopowym do wytwarzania żelazokrzemu lub krzemu z wykorzystaniem wsadu zawierającego źródło SiO2 i stały węglisty czynnik redukujący, w którym mikrokrzemionkajest odzyskiwana z gazów odlotowych z pieca wytopowego, charakteryzujący się tym, że doprowadza się do pieca stały czynnik redukujący o zawartości składników

176 543 lotnych wynoszącej mniej niż 11,2% wag. oraz utrzymuje się temperaturę atmosfery gazowej w piecu powyżej wsadu na poziomie powyżej 500°C.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku utrzymuje się temperaturę atmosfery gazowej ponad wsadem pieca na poziomie powyżej 600°C. W sposobie według wynalazku jako czynnik redukujący stosuje się koks lub mieszaninę koksu i węgla.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że sposób według wynalazku pozwala na wytwarzanie mikrokrzemionki mającej bardzo dużą zdolność odbijania światła, przy czym jednocześnie nie zostaje zredukowany uzysk żelazokrzemu lub krzemu. Tak więc, według wynalazku można wytwarzać mikrokrzemionkę o bardzo dużej zdolności odbijania światła poprzez zmianę stosunku pomiędzy koksem i węglem w mieszaninie czynnika redukującego i poprzez utrzymywanie temperatury ponad wsadem w piecu na poziomie powyżej 500°C.

Ponieważ węgiel ma znacznie większą zawartość składników lotnych niż koks, zatem w praktyce można będzie zredukować ilość węgla i zwiększyć ilość koksu w mieszaninie czujnika redukcyjnego. Według szczególnie zalecanego rozwiązania sposobu, czynnik redukujący w całości stanowi koks.

Poprzez wynalazek można produkować mikrokrzemionkę o białości do 90% przy jednoczesnym uniknięciu zmian innych własności wytwarzanej krzemionki, przy czym koszty wytwarzania mikrokrzemionki nie sąznacząco wyższe niż w przypadku wytwarzania mikrokrzemionki z wykorzystaniem konwencjonalnej mieszaniny czynnika redukującego.

Przykład 1.W elektrycznym piecu wytopowym o mocy 43 MW, mającym przekrój okrągły i wyposażonym w trzy samospiekające się elektrody węglowe, wytworzono 75% FeSi z wykorzystaniem wsadu składającego się z kwarcytujako źródło SiO₂ i 100% koksu jako czynnika redukującego. Koks miał zawartość składnika lotnego wynoszącą 5,2% wagowo.

Wsad załadowano do pieca w ilości 18,27 ton na godzinę, z pieca spuszczano 5,67 ton 75% FeSi na godzinę, zaś z gazów odlotowych pieca odzyskiwano 0,81 ton mikrokrzemionki na godzinę. Temperatura ponad wsadem pieca była utrzymywana stale na poziomie 700°C. Pobór mocy na tonę wytworzonego żelazokrzemu wynosił 7,7 MWh.

Stosunek pomiędzy ilością składnika lotnego w czynniku redukującym na kg wytworzonej mikrokrzemionki wynosił 0,27.

Próbki wytwarzanej mikrokrzemionki pobierano w przedziałach czasowych podczas pracy pieca, zaś ich białość lub zdolność odbijania światła była mierzona za pomocą przyrządu Zeissa o nazwie Erephomet D145. Rezultaty wykazały, że wytworzona mikrokrzemionka miała białość zmienną pomiędzy 80 a 84%.

Przykład 2. W tym samym piecu wytopowym, jak stosowany w przykładzie 1, wytworzono 75% FeSi z zastosowaniem wsadu składającego się z kwarcytujako źródło SiO₂ i mieszaniny czynnika redukującego stanowiącego w 80% koks o zawartości składnika lotnego wynoszącej 5,2% wagowo, i w 20% węgiel o zawartości składnika lotnego wynoszącej 33,8% wagowo.

Wsad załadowano do pieca w ilości 16,32 ton na godzinę, a z pieca spuszczono 5,40 ton 75% FeSi na godzinę, zaś z gazów odlotowych pieca odzyskiwano 0,56 ton na godzinę mikrokrzemionki. Temperatura atmosfery gazowej pieca ponad wsadem była utrzymywana na stałym poziomie 700°C.

Pobór mocy na tonę wytworzonego żelazokrzemu wynosił 7,5 MWh. Stosunek pomiędzy ilością składnika lotnego w czynnikach redukujących na kg wytworzonej mikrokrzemionki wynosił 1,00.

Próbki wytwarzanej mikrokrzemionki pobierano w przedziałach czasowych podczas pracy pieca, zaś zdolność odbijania mierzono w sposób jak opisano w przykładzie 1. Rezultaty wykazały, że wytworzona mikrokrzemionka miała białość pomiędzy 67 a 76%.

Przykład 3 (porównanie). Dla celów porównawczych uruchomiono piec z wykorzystaniem konwencjonalnej mieszaniny czynnika redukującego, zawierającej 65% wagowo węgla i 35% wagowo koksu. Stosunek pomiędzy składnikiem lotnym w mieszaninie czynnika redukującego i ilością wytworzonej mikrokrzemionki wynosił 1,90. Temperatura w piecu powy176 543 żej wsadu również była utrzymywana na poziomie 700°C. Ilość wytwarzanego 75% FeSi na godzinę była taka sama jak w przykładach 1 i 2, zaś pobór mocy na tonę wytworzonego żelazokrzemu wynosił 7,7 MWh.

Próbki wytworzonej mikrokrzemionki pobierano w przedziałach czasowych i mierzono ich zdolność odbijania światła. Rezultaty wykazały zdolność odbijania światła wynoszącą40%.

Porównanie rezultatów z przykładów 12 i rezultatów z przykładu 3 pokazuje, że sposób według wynalazku umożliwia uzyskiwanie wzrostu białości wytworzonej mikrokrzemionki przy jednoczesnym utrzymaniu poziomu poboru mocy i uzysku FeSi. Jest to korzyść nieoczekiwana, ponieważ zawsze dotychczas wytwarzanie mikrokrzemionki o dużej zdolności odbijania światła było związane ze zmniejszonym uzyskiem FeSi i zwiększonym poborem mocy na tonę wytworzonego żelazokrzemu.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania białej mikrokrzemionki mającej zdolność odbijania światła pomiędzy 65 a 90% w piecu wytopowym do wytwarzania żelazokrzemu lub krzemu z wykorzystaniem wsadu zawierającego źródło SiO₂ i stały węglisty czynnik redukujący, w którym mikrokrzemionka jest odzyskiwana z gazów odlotowych z pieca wytopowego, znamienny tym, że doprowadza się do pieca stały czynnik redukujący o zawartości składników lotnych wynoszącej mniej niż 11,2% wag. oraz utrzymuje się temperaturę atmosfery gazowej w piecu powyżej wsadu na poziomie powyżej 500°C.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się temperaturę atmosfery gazowej ponad wsadem pieca na poziomie ponad 600°C.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako czynnik redukujący stosuje się koks lub mieszaninę koksu i węgla.