RU2431602C1 - Шихта для выплавки кремния рудно-термическим восстановлением - Google Patents
Шихта для выплавки кремния рудно-термическим восстановлением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2431602C1 RU2431602C1 RU2010111621/05A RU2010111621A RU2431602C1 RU 2431602 C1 RU2431602 C1 RU 2431602C1 RU 2010111621/05 A RU2010111621/05 A RU 2010111621/05A RU 2010111621 A RU2010111621 A RU 2010111621A RU 2431602 C1 RU2431602 C1 RU 2431602C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fraction
- silica
- carbon
- mixture
- silicon
- Prior art date
Links
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к производству кремния. Шихта включает агломераты скомпонованной смеси, содержащей мелкодисперсные кремнезем и углеродсодержащие компоненты, щелочное связующее, порошкообразный кремний, мелкодисперсный углеродсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм, в качестве мелкодисперсных кремнеземсодержащих компонентов мелкодисперсный кремнеземсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм и микрокремнезем при следующем соотношении компонентов: мелкодисперсный углеродсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм - 30-35 мас.%; мелкодисперсный кремнеземсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм - 45-55 мас.%; микрокремнезем - 7,5-12 мас.%; порошкообразный кремний - 0,5-2 мас.%; щелочное связующее - 5-8 мас.%. Техническим результатом изобретения является повышение пористости и электрического сопротивления агломератов. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Предлагаемое техническое решение относится к производству кремния и может быть использовано при карботермическом восстановлении кремния из скомпонованной кремнезем- углеродсодержащей шихты в руднотермической печи.
Известен способ получения кремния, включающий подачу на колошник руднотермической печи шихты, содержащей кварцит и углеродсодержащий восстановитель, брикетирование со связующим пыли газоочистки, введение брикетов в шихту и восстановительную плавку, в котором на брикетирование дополнительно подают кварцит фракции -1+0 мм, мелочь кремния фракции -5+0 мм, кварцевый песок, углеродсодержащий восстановитель фракции - 6+0 мм в количествах, обеспечивающих массовое соотношение в брикетах углерода и диоксида кремния (0,3-0,9):1. Брикеты вводят в количестве 20,5-22,5% от массы шихты (патент РФ №1655900, C01B 33/02, 1991 г. [1]).
Частичное использование брикетированной шихты позволяет утилизировать мелкодисперсные отходы производства кремния, но не позволяет достигать высоких технико-экономических показателей процесса.
Известна окускованная шихта для выплавки кремния карботермическим восстановлением, включающая мелкодисперсные кремнезем и углеродсодержащие вещества, натриевую щелочь, порошкообразный кремний, дополнительно кремнезем при следующих соотношениях компонентов, мас.%: мелкодисперсный кремнеземсодержащий компонент - 45-55; мелкодисперсное углеродсодержащее вещество - 30-35; натриевая щелочь - 5-8; порошкообразный кремний - 0,5-2; микрокремнезем - 7,5-12 (патент РФ №2049057, C01B 33/025,1995 г. [2]).
По назначению, технической сущности, по компонентному составу шихты данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога. Основной недостаток известного решения - недостаточно высокая пористость агломератов шихты и, как следствие, недостаточно быстрое течение процесса и недостаточно высокое извлечение кремния.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей процесса карботермического восстановления кремния из агломератов скомпонованной кремнезем- углеродсодержащей шихты в руднотермической печи за счет повышения реакционной способности шихты и сокращения времени реакции.
Техническими результатами являются повышение пористости агломератов и электрического сопротивления.
Технические результаты достигаются тем, что шихта для выплавки кремния карботермическим восстановлением, включающая агломераты скомпонованной смеси, содержащей мелкодисперсные кремнезем и углеродсодержащие компоненты, щелочное связующее, порошкообразный кремний, содержит мелкодисперсный углеродсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм, в качестве мелкодисперсных кремнеземсодержащих компонентов мелкодисперсный кремнеземсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм и микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| мелкодисперсный углеродсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм | 30-35 |
| мелкодисперсный кремнеземсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм | 45-55 |
| микрокремнезем | 7,5-12 |
| порошкообразный кремний | 0,5-2 |
| щелочное связующее | 5-8 |
Причем в качестве мелкодисперсного углеродсодержащего компонента фракции 0,1-0,5 мм шихта может содержать угольную и/или коксовую пыль, в качестве мелкодисперсного кремнеземсодержащего компонента фракции 0,1-0,5 мм - кварцевый песок, а в качестве щелочного связующего натриевую или калиевую щелочь.
Сравнение предлагаемого технического решения с решением по ближайшему аналогу показывает следующее.
Компонентный состав предлагаемой скомпонованной шихты совпадает с компонентным составом шихты в решении по ближайшему аналогу.
Предлагаемая шихта отличается от известной фракционным составом используемых в составе шихты компонентов: мелкодисперсного углеродсодержащего компонента - фракции 0,1-0,5 мм, мелкодисперсного кремнеземсодержащего компонента - фракции 0,1-0,5 мм.
Кроме того, в качестве мелкодисперсного углеродсодержащего компонента фракции 0,1-0,5 мм шихта может содержать угольную и/или коксовую пыль, в качестве мелкодисперсного кремнеземсодержащего компонента фракции 0,1-0,5 мм - кварцевый песок, а в качестве щелочного связующего натриевую или калиевую щелочь.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, при использовании которых достигаются более высокие технические результаты, по сравнению с известным решением, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Основным направлением повышения технико-экономических показателей процесса карботермического восстановления кремния является использование шихты в скомпонованном виде, что позволяет снизить потери шихтовых материалов, повысить реакционную способность компонентов..
Однако для получения высоких показателей при использовании скомпонованной шихты в процессе необходимо, чтобы агломераты имели необходимые и достаточные показатели, обеспечивающие эффективное протекание реакции восстановления кремния. В значительной мере такая эффективность зависит от компоновки реагентов в агломератах, величины электрического сопротивления шихты и прочности агломератов.
В предлагаемом решении необходимые требования к агломератам шихты достигаются следующим:
1) использованием мелкодисперсных кремнезем- и углеродсодержащих компонентов фракции 0,1-0,5 мм, что обеспечивает достаточно плотную «упаковку» компонентов в агломерате, во-первых, за счет значительной удельной поверхности - высокую реакционную способность компонентов, во-вторых, формирование развитой системы пор внутри агломерата при термообработке;
2) использованием щелочного связующего (например, в виде натриевой или калиевой щелочи), взаимодействующего с мелкодисперсными кремнеземсодержащими компонентами агломерата с образованием жидкого стекла, последующим его взаимодействием с мелкодисперсными кремнеземсодержащими компонентами агломерата с образованием бисиликата, его полимеризацией с выделением водорода и паров воды. Данное ступенчатое взаимодействие компонентов способствует образованию прочной пористой структуры агломератов, которая обеспечивает как удержание легколетучих компонентов в начале высокотемпературной обработки, так и прохождение реакции восстановления кремния внутри агломератов;
3) использованием в составе шихты микрокремнезема, введение которого способствует как повышению реакционной способности агломератов, так и повышению их прочностных характеристик и электрического сопротивления.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области, выявленными в результате поиска, показывает следующее.
1. Известен «Способ подготовки шихтовых материалов для выплавки кремния» (патент РФ №1656881, C01B 33/025, 1996 г. [3]), включающий дробление кремнеземсодержащего и углеродистых материалов, их измельчение, смешивание и окускование в присутствии связующего, в котором после смешивания кремнеземсодержащий и углеродистые материалы подвергают тонкому измельчению в течение 1-20 минут. В составе шихты использовали кварцит, нефтяной кокс, древесную щепу и каменный уголь. Дисперсный продукт смешивали с концентратом сульфитно-спиртовой барды (4 мас.%), прессовали при давлении 300 кгс/см2 и окускованную шихту (30 мм) сушили на воздухе в течение 10 часов.
Известен «Способ выплавки технического кремния в руднотермической электропечи» (патент РФ №1678762, C01B 33/025, 1991 г. [4]), включающий смешение кварцита и нефтяного кокса, их измельчение и загрузку шихты фракции 5-15 мм в печь, в котором измельчение осуществляют в планетарной мельнице до величины удельной поверхности шихты 18,3 м2/г, затем проводят окускование шихты в присутствии связующего. Дисперсный продукт смешивали с концентратом сульфитно-спиртовой барды (5 мас.%), прессовали при давлении 250 кгс/см2 и окускованную шихту (5-15 мм) сушили на воздухе в течение 10 часов.
В известных решениях [3, 4] в составе скомпонованной прессованием шихты входят совместно измельченные кремнеземсодержащий и углеродистые материалы. Однако тонкоизмельченная шихта разнородных материалов, смешанных предварительно в необходимых соотношениях, не обеспечивает получение необходимой «упаковки» компонентов в агломерате с получением значительной удельной поверхности и формирование развитой системы пор внутри агломерата при термообработке.
В предлагаемом решении оба этих условия обеспечиваются как выбором компонентов шихты, так и их количественным составом и фракционным составом, определенным экспериментально, что в конечном итоге обеспечивает достаточную прочность агломератов и высокую реакционную способность компонентов.
2. Известно использование в составе скомпонованной шихты для электротермического получения кремния:
- нефтяного кокса фракции -5+0 мм и кварцевого песка (а.с. СССР №1666443, C01B 33/02, 1991 г. [5]);
- измельченного до крупности не более 3 мм нефтяного кокса и кварцевого песка (патент РФ №2036144, C01B 33/025, 1995 г. [6]);
- пыли газоочистки производства кремния фракции - 8+0,04 мм (а.с. СССР №1344735, C01B 33/02, 1987 г. [7], а.с. СССР №1535825, C01B 33/02, 1990 г. [8]).
3. Известно использование в составе скомпонованной шихты для электротермического получения кремния аморфной порошковой двуокиси кремния с удельной поверхностью 800 м2/г (патент СССР №1524806, C01B 33/02, 1989 г. [9]).
4. Известно использование в составе скомпонованной шихты для электротермического получения кремния пыли электрофильтров газоочистки производства кремния, измельченного до крупности не более 8 мм нефтяного кокса фракции и щелочного связующего (патент РФ №2151738, C01B 33/025, 2000 г. [10].
Не выявлено в процессе поиска и сравнительного анализа технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, позволяющих получить при использовании аналогичные результаты, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Составы шихты и результаты получения и испытаний агломератов представлены в таблице.
Результаты испытаний подтверждают качество полученной скомпонованной предлагаемой шихты, при приготовлении и использовании которой достигаются достаточно высокие технико-экономические показатели процесса карботермического восстановления кремния.
ИНФОРМАЦИЯ
1. Патент РФ №1655900, C01 33/02, 1991 г.
2. Патент РФ №2049057, C01B 33/025, 1995 г.
3. Патент РФ №1656881, C01B 33/025, 1996 г.
4. Патент РФ №1678762, C01B 33/025, 1991 г.
5. А.с. СССР №1666443, C01B 33/02, 1991 г.
6. Патент РФ №2036144, C01B 33/025,1995 г.
7. А.с. СССР №1344735, C01B 33/02, 1987 г.
8. А.с. СССР №1535825, C01B 33/02, 1990 г.
9. Патент СССР №1524806, C01B 33/02, 1989 г,
10. Патент РФ №2151738, C01B 33/025, 2000 г.
| № пп | Состав шихты, масс.% | Механическая прочность, кг/брикет, при 1200°C | Пористость, % | Время реакции, час |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Шихта по ближайшему аналогу (патент РФ №2049057), мас.%: | 175 | 62,0 | 0,33 |
| мелкий кремнеземсодержащий материал (пыль газоочистки производства кремния) - 48; | ||||
| отсев древесного угля - 30; | ||||
| натриевая щелочь - 8; | ||||
| порошок кремния - 2; | ||||
| микрокремнезем - 12. | ||||
| 2 | Шихта по предлагаемому решению, мас.%: | 190 | 73 | 0,117 |
| мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 50,2; | ||||
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1-0,5 мм (сажа) - 30; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 1,8; | ||||
| микрокремнезем -10; | ||||
| щелочное связующее (натриевая щелочь) - 8; | ||||
| 2.1 | мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 43; | 172 | 60 | 0,27 |
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1-0,5 мм (сажа) - 36; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 1,0; | ||||
| микрокремнезем - 12; | ||||
| щелочное связующее (натриевая щелочь) - 8; | ||||
| 2.2 | мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 55; | 160 | 52 | 0,5 |
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1 -0,5 мм (сажа) - 30; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 1,0; | ||||
| микрокремнезем - 7; | ||||
| щелочное связующее (натриевая щелочь) - 7. | ||||
| 2.3 | мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 47,5; | 180 | 70 | 0,01 |
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1-0,5 мм (угольная и коксовая пыль) - 35; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 2; | ||||
| микрокремнезем - 7,5; | ||||
| щелочное связующее (калиевая щелочь) - 8; | ||||
| 2.4 | мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 55; | 180 | 55 | 0,20 |
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1-0,5 мм (угольная пыль) - 31; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 0,5; | ||||
| микрокремнезем - 12; | ||||
| щелочное связующее (калиевая щелочь) - 3,5. | ||||
| 2.5 | мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 44; | 170 | 60 | 0,3 |
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1-0,5 мм (сажа) - 33; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 2; | ||||
| микрокремнезем - 13; | ||||
| щелочное связующее (натриевая щелочь) - 8. | ||||
| 2.6 | мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 49; | 190 | 75 | 0,15 |
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1-0,5 мм (сажа) - 30; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 2,0; | ||||
| микрокремнезем - 11; | ||||
| щелочное связующее (натриевая щелочь) - 8; |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 2.7 | мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 55; | 185 | 64 | 0,4 |
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1-0,5 мм (угольная пыль) - 28.5; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 0,5; | ||||
| микрокремнезем - 11; | ||||
| щелочное связующее (калиевая щелочь) - 5. | ||||
| 2.8 | мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 50; | 190 | 74 | 0,12 |
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1-0,5 мм (сажа) - 30; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 2; | ||||
| микрокремнезем - 10; | ||||
| щелочное связующее (натриевая щелочь) - 8; | ||||
| 2.9 | мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал (кварцевый песок фракции 0,1-0,5 мм) - 50; | 185 | 71 | 0,12 |
| мелкодисперсный углеродсодержащий материал фракции 0,1-0,5 мм (коксовая пыль) - 30; | ||||
| порошок кремния фракции 0,1-0,5 мм - 2; | ||||
| микрокремнезем - 10; | ||||
| щелочное связующее (калиевая щелочь) - 8. |
Claims (5)
1. Шихта для выплавки кремния карботермическим восстановлением, включающая агломераты скомпонованной смеси, содержащей мелкодисперсные кремнезем и углеродсодержащие компоненты, щелочное связующее, порошкообразный кремний, отличающаяся тем, что она содержит мелкодисперсный углеродсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм, в качестве мелкодисперсных кремнеземсодержащих компонентов - мелкодисперсный кремнеземсодержащий компонент фракции 0,1-0,5 мм и микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.%:
мелкодисперсный углеродсодержащий
компонент фракции 0,1-0,5 мм 30-35
мелкодисперсный кремнеземсодержащий
компонент фракции 0,1-0,5 мм 45-55
микрокремнезем 7,5-12
порошкообразный кремний 0,5-2
щелочное связующее 5-8
2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве мелкодисперсного углеродсодержащего компонента фракции 0,1-0,5 мм она содержит угольную и/или коксовую пыль.
3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве мелкодисперсного кремнеземсодержащего компонента фракции 0,1-0,5 мм она содержит кварцевый песок.
4. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве щелочного связующего она содержит натриевую щелочь.
5. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве щелочного связующего она содержит калиевую щелочь.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010111621/05A RU2431602C1 (ru) | 2010-03-25 | 2010-03-25 | Шихта для выплавки кремния рудно-термическим восстановлением |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010111621/05A RU2431602C1 (ru) | 2010-03-25 | 2010-03-25 | Шихта для выплавки кремния рудно-термическим восстановлением |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010111621A RU2010111621A (ru) | 2011-09-27 |
| RU2431602C1 true RU2431602C1 (ru) | 2011-10-20 |
Family
ID=44803817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010111621/05A RU2431602C1 (ru) | 2010-03-25 | 2010-03-25 | Шихта для выплавки кремния рудно-термическим восстановлением |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2431602C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796955C2 (ru) * | 2021-06-02 | 2023-05-29 | Акционерное общество "Регионстрой" | Брикетированная шихта для выплавки кремния технического |
-
2010
- 2010-03-25 RU RU2010111621/05A patent/RU2431602C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796955C2 (ru) * | 2021-06-02 | 2023-05-29 | Акционерное общество "Регионстрой" | Брикетированная шихта для выплавки кремния технического |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010111621A (ru) | 2011-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5280072B2 (ja) | コークスの製造方法 | |
| JP4109686B2 (ja) | コークスの製造方法、及び、銑鉄の製造方法 | |
| JP5241105B2 (ja) | コークスの製造方法、及び銑鉄の製造方法 | |
| JP6676821B2 (ja) | バインダを含まない石炭系成形活性炭の製造方法 | |
| RU2528666C2 (ru) | Брикетированная смесь для получения кремния и способ ее приготовления | |
| WO2013129607A1 (ja) | 成形配合炭およびその製造方法、ならびにコークスおよびその製造方法 | |
| JP5438277B2 (ja) | コークスの製造方法、および銑鉄の製造方法 | |
| IE51422B1 (en) | Preparation of silicon from quartz and carbon | |
| RU2431602C1 (ru) | Шихта для выплавки кремния рудно-термическим восстановлением | |
| JP4950527B2 (ja) | コークスの製造方法、及び、銑鉄の製造方法 | |
| KR20110018047A (ko) | 석탄계 분탄을 이용한 성형탄 제조방법 | |
| JP2009221361A (ja) | コークスの製造方法、及び、銑鉄の製造方法 | |
| WO2014007243A1 (ja) | 鉄含有コークスの製造方法および鉄含有コークス | |
| JP5390977B2 (ja) | 鉄鉱石含有コークス、及び該鉄鉱石含有コークスの製造方法 | |
| KR20080112818A (ko) | 제강공정 부산물로부터 유가금속을 회수하는 방법 | |
| US20180320083A1 (en) | Method for producing coke, and coke | |
| JP2017095619A (ja) | 無灰炭の製造方法 | |
| RU2703084C1 (ru) | Способ получения технического кремния | |
| KR102232071B1 (ko) | 소결광 제조방법 | |
| RU2717758C1 (ru) | Способ получения гранулированного металлического железа | |
| WO2014003054A1 (ja) | 副生炭を主原料とするコークス | |
| JP2017082074A (ja) | コークス製造用組成物、成型炭、高炉用コークス、及び高炉用コークスの製造方法 | |
| KR101403392B1 (ko) | 고순도 정제된 규석 분말의 단광방법 | |
| JP2014043583A (ja) | コークス製造用原料炭の製造方法、コークスの製造方法、および銑鉄の製造方法 | |
| JPS6153413B2 (ru) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120326 |