RU2165989C1 - Способ получения кремния из его оксида - Google Patents
Способ получения кремния из его оксида Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165989C1 RU2165989C1 RU2000114910A RU2000114910A RU2165989C1 RU 2165989 C1 RU2165989 C1 RU 2165989C1 RU 2000114910 A RU2000114910 A RU 2000114910A RU 2000114910 A RU2000114910 A RU 2000114910A RU 2165989 C1 RU2165989 C1 RU 2165989C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- iron
- melting
- furnace
- reducing agent
- Prior art date
Links
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 7
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 15
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- -1 alkali metal halogen Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 5
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000011335 coal coke Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000009853 pyrometallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение направлено на получение кремния из его оксида в виде сплава кремния с железом путем восстановления твердым углеродом оксидов кремния и железа из сыпучей шихты с низким содержанием кремнезема при температурах, незначительно превышающих температуру плавления кремния. Способ включает формирование реакционного объема печи на основе фторида натрия, создание рудно-термического режима плавки в реакционном объеме, загрузку в реакционной объем шихты, содержащей сыпучие оксиды кремния, железа и глинозем, и углеродистого восстановителя, плавку шихты при 1450 - 1550°С и удаление продукта плавки из реакционного объема. В качестве углеродистого восстановителя используют графитовые отходы футеровки алюминиевых электролизеров. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к пирометаллургии, в частности к получению кремния из его оксида, и может быть использовано для производства ферросилиция.
Известна реакция восстановления оксида кремния углеродом:
SiO2+2C--->Si+2CO {1}
По данным работ [1] и [2] изменение термодинамического потенциала Гиббса может быть рассчитано по уравнению:
ΔG = 697390-359,07T,
отсюда ΔG = 0, а Kр = 1 при 1943 K (1670oC).
SiO2+2C--->Si+2CO {1}
По данным работ [1] и [2] изменение термодинамического потенциала Гиббса может быть рассчитано по уравнению:
ΔG
отсюда ΔG
Это означает, что теоретически для начала восстановления кремнезема твердым углеродом по реакции {1} требуется температура 1670oC.
Известен электротермический способ получения кремния в виде его соединения с углеродом (карбида кремния) путем восстановления оксида кремния углеродом в мощных электрических печах [3].
В известном способе шихта для получения карбида кремния состоит из оксида кремния в виде кварцевого песка и нефтяного кокса. Восстановление оксида кремния углеродом кокса осуществляют при температурах 2200-2500oC, при этом нагревательным элементом печи является керн, выполненный из крупнокускового углеродистого материала. При восстановлении SiO2 углеродом карбид кремния в качестве целевого продукта образуется в твердом виде по реакции:
SiO2+3C--->SiC+2CO {2}
ΔG = 555615-322,11T кал,
отсюда ΔG = 0, а Kр = 1 при 1725 K (1452oC).
SiO2+3C--->SiC+2CO {2}
ΔG
отсюда ΔG
Недостатком известного способа получения кремния в виде карбида кремния является высокая температура процесса.
Известен электротермический способ получения кремния в виде его сплава с алюминием (силикоалюминия) путем совместного восстановления углеродом оксидов кремния и алюминия [4].
В известном способе шихта для получения силикоалюминия состоит из кварцита (SiO2), глинозема (Al2O3) и муллита (3Al2O3·2SiO2), в качестве восстановителя используют газовый уголь и нефтяной кокс. Восстановление муллита описывается уравнением:
2/13(3Al2O3·2SiO2)+ 2C--->4/13Si+12/13Al+2CO {3}
ΔG = 810828-365,1T кал,
отсюда ΔG = 0, а Kр = 1 при 2221 K (1947oC).
2/13(3Al2O3·2SiO2)+ 2C--->4/13Si+12/13Al+2CO {3}
ΔG
отсюда ΔG
Недостатком электротермического способа получения кремния в виде силикоалюминия является высокая температура процесса и связанная с этим необходимость использования рудовосстановительных печей.
Известен способ получения металлов и сплавов, в том числе кремния в виде его сплава с железом, выбранный в качестве ближайшего аналога. (Патент РФ N 2130500, C 22 B 5/10, 1999 г.). Способ включает формирование реакционного объема печи на основе галогенида щелочного металла, создание руднотермического режима плавки в реакционном объеме печи, загрузку в реакционный объем шихты, содержащей сыпучие оксиды кремния, железа и глинозем, и углеродистого восстановителя, восстановительную плавку шихты и удаление продукта плавки из реакционного объема.
Задачей изобретения является получение кремния из его оксида в виде сплава кремния с железом (ферросилиция), путем восстановления твердым углеродом оксидов кремния и железа из сыпучей шихты с низким содержанием кремнезема и высоким содержанием глинозема при температурах, незначительно превышающих температуру плавления кремния.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения кремния из его оксида, включающем формирование реакционного объема печи на основе галогенида щелочного металла, создание руднотермичекого режима плавки в реакционном объеме печи, загрузку в реакционный объем печи шихты, содержащей сыпучие оксиды кремния, железа и глинозем, и углеродистого восстановителя, востановительную плавку шихты и удаление продукта плавки из реакционного объема, в качестве галогенида щелочного металла используют фторид натрия, а плавку ведут при температуре 1450-1550oC, при этом в качестве восстановителя используют графитовые отходы футеровки алюминиевых электролизеров.
Способ осуществляется следующим образом.
В ванну рудовосстановительной электропечи, футерованную углеродистой массой или представляющую водоохлаждаемый металлический кожух, загружают фторид натрия, расплавляют его в дуговом режиме и в руднотермическом режиме доводят до жидкоподвижного состояния. Затем в ванну печи загружают сыпучую шихту, содержащую оксиды кремния и железа (содержание глинозема может достигать нескольких процентов). После этого в ванну печи загружают стехиометрическое количество углеродистого восстановителя. Твердый углерод, плавающий на поверхности расплава, восстанавливает растворенные в расплаве фторида натрия оксиды кремния и железа, при этом образующийся металлический сплав опускается на подину печи. Цикл загрузка шихты в расплав - восстановление многократно повторяется, при этом образующийся ферросилиций остается в печи (плавка на блок), либо удаляется через выпускное отверстие печи.
Использование фторида натрия, имеющего температуру плавления 996oC, объясняется тем, что его плотность в расплавленном виде составляет 1,961 г/см3. Кремний, имеющий плотность 2,42 г/см3, восстанавливаясь из кремнезема, растворенного во фториде натрия, опускается на подину печи. (Попытки восстановления кремния из его оксида, растворенного в расплаве плавикового шпата CaF2, приводили к тому, что восстановленный кремний всплывал на поверхность расплава фторида кальция, имеющего плотность 2,599 г/см3, и окислялся - сгорал).
Пример осуществления предлагаемого способа.
В опыте использовалась дуговая электропечь РКЗ-2ФС-Н1, имеющая ванну диаметром 1435 мм, футерованную графитом и оборудованную выпускным отверстием в средней части кожуха. Подача напряжения на печь осуществлялась через три графитовых электрода диаметром 150 мм, запитанных на трехфазный трансформатор мощностью 2000 кВА.
В ванну печи загрузили фторид натрия (содержание NaF - 80%) в количестве 1000 кг и 50 кг металлизованных окатышей для розжига дуги. Фторид натрия расплавили в дуговом режиме и в руднотермическом режиме довели до жидкотекучего состояния. Высота расплава фторида натрия составила 180 мм. По достижении расплавом температуры 1370oC, в расплав загрузили 1000 кг руды крупностью 0,1-5,0 мм следующего химического состава (%): SiO2 - 70,3; Al2O3 - 4,46; CaO - 4,39; Fe2O3 - 3,52; MgO - 0,84; V2O3 - 0,67; Pb - 0,05; Zn - 0,05; Cu - 0,03; Cорг - 7,64; Sобщ - 1,12.
По достижении расплавом температуры 1550oC в расплав загрузили 500 кг прокатной окалины крупностью 5-20 мм, практически целиком состоящей из оксида железа FeO. В качестве восстановителя использовался металлургический кокс крупностью 10-50 мм, содержащий 80% углерода, в количестве 300 кг. Процесс восстановления фиксировался по горению оксида углерода над ванной печи. Продолжительность плавки с начала загрузки шихты составила 4 час. 20 мин, после чего металл и шлак через выпускное отверстие печи перелили в шлаковню.
Claims (2)
1. Способ получения кремния из его оксида, включающий формирование реакционного объема печи на основе галогена щелочного металла, создание рудно-термического режима плавки в реакционном объеме электропечи, загрузку в реакционный объем шихты, содержащей сыпучие оксиды кремния, железа и глинозем, и углеродистого восстановителя, восстановительную плавку шихты и удаление продукта плавки из реакционного объема, отличающийся тем, что в качестве галогенида щелочного металла используют фторид натрия, а плавку ведут при 1450 - 1550oC.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют графитовые отходы футеровки алюминиевых электролизеров.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114910A RU2165989C1 (ru) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | Способ получения кремния из его оксида |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114910A RU2165989C1 (ru) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | Способ получения кремния из его оксида |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2165989C1 true RU2165989C1 (ru) | 2001-04-27 |
Family
ID=20235968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000114910A RU2165989C1 (ru) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | Способ получения кремния из его оксида |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2165989C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU429101A1 (ru) * | 1971-12-28 | 1974-05-25 | институт основной химической промышленности | Способ получения кремнистых сплавов |
| GB2128606A (en) * | 1979-11-13 | 1984-05-02 | Sandoz Ltd | Oxiranes |
| DE3642215A1 (de) * | 1985-12-11 | 1987-07-02 | Fritz Otto Wienert | Verfahren zur herstellung von silicium, eisen und eisenlegierungen |
| RU2078035C1 (ru) * | 1995-04-14 | 1997-04-27 | Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод" | Способ производства технического кремния |
| RU2089498C1 (ru) * | 1995-01-12 | 1997-09-10 | Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод" | Способ выплавки кремния и его сплавов |
| RU2130500C1 (ru) * | 1998-06-08 | 1999-05-20 | Открытое акционерное общество "Полиметалл" | Способ получения металлов и сплавов |
-
2000
- 2000-06-14 RU RU2000114910A patent/RU2165989C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU429101A1 (ru) * | 1971-12-28 | 1974-05-25 | институт основной химической промышленности | Способ получения кремнистых сплавов |
| GB2128606A (en) * | 1979-11-13 | 1984-05-02 | Sandoz Ltd | Oxiranes |
| DE3642215A1 (de) * | 1985-12-11 | 1987-07-02 | Fritz Otto Wienert | Verfahren zur herstellung von silicium, eisen und eisenlegierungen |
| RU2089498C1 (ru) * | 1995-01-12 | 1997-09-10 | Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод" | Способ выплавки кремния и его сплавов |
| RU2078035C1 (ru) * | 1995-04-14 | 1997-04-27 | Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод" | Способ производства технического кремния |
| RU2130500C1 (ru) * | 1998-06-08 | 1999-05-20 | Открытое акционерное общество "Полиметалл" | Способ получения металлов и сплавов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU647974B2 (en) | Method for the treatment of potlining residue from primary aluminium smelters | |
| RU2358026C2 (ru) | Способ восстановления и/или рафинирования металлсодержащего шлака | |
| JP5388398B2 (ja) | マイクロ波による直接金属製造方法 | |
| EA011796B1 (ru) | Способ и установка для извлечения цветных металлов из отходов производства цинка | |
| JP5656172B2 (ja) | スラグからの有価金属回収方法 | |
| JPS6261657B2 (ru) | ||
| KR100291250B1 (ko) | 전기제강소먼지환원방법및장치 | |
| JP2004520478A (ja) | フェロアロイの製造 | |
| RU2165989C1 (ru) | Способ получения кремния из его оксида | |
| RU2037543C1 (ru) | Способ получения металлов и сплавов | |
| RU2148102C1 (ru) | Способ получения ферромарганца | |
| JPS61104013A (ja) | 溶融鋼からみ中に含有されている鉄の回収方法 | |
| JPH101728A (ja) | 酸化錫の還元処理方法及び装置 | |
| RU2105073C1 (ru) | Способ обработки ванадиевого шлака | |
| WO1985001750A1 (en) | Smelting nickel ores or concentrates | |
| RU2164543C1 (ru) | Способ получения низкоуглеродистых металлов и сплавов | |
| US4898712A (en) | Two-stage ferrosilicon smelting process | |
| KR0125761B1 (ko) | 탄화규소나 탄화망간 또는 그 철함유합금의 제조방법 | |
| RU2808305C1 (ru) | Способ переработки бедной окисленной никелевой руды | |
| RU2818710C1 (ru) | Способ получения графита при переработке труднообогатимой железосодержащей руды | |
| RU2166555C1 (ru) | Способ переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна | |
| RU2130504C1 (ru) | Способ получения серебра из его хлорида | |
| RU2163268C1 (ru) | Способ получения алюминия из его оксида | |
| US3768998A (en) | Method of smelting high quality ferrosilicon | |
| RU2224034C1 (ru) | Способ извлечения металлов платиновой группы |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170615 |