RU2649423C1 - Method for technical silicon melting - Google Patents

Method for technical silicon melting Download PDF

Info

Publication number
RU2649423C1
RU2649423C1 RU2016142987A RU2016142987A RU2649423C1 RU 2649423 C1 RU2649423 C1 RU 2649423C1 RU 2016142987 A RU2016142987 A RU 2016142987A RU 2016142987 A RU2016142987 A RU 2016142987A RU 2649423 C1 RU2649423 C1 RU 2649423C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
mixture
quartzite
silicon carbide
reducing agents
Prior art date
Application number
RU2016142987A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Константинович Ёлкин
Константин Сергеевич Ёлкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority to RU2016142987A priority Critical patent/RU2649423C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2649423C1 publication Critical patent/RU2649423C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • C01B33/023Preparation by reduction of silica or free silica-containing material
    • C01B33/025Preparation by reduction of silica or free silica-containing material with carbon or a solid carbonaceous material, i.e. carbo-thermal process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/037Purification

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: method includes metering, mixing, loading and continuous melting of charge consisting of quartzite, mixture of reducing agents and silicon carbide. During the metering, the charge is divided into two portions: first, the mixture of silicon carbide and quartzite taken in stoichiometric ratio is charged into a furnace, then the remaining portion of quartzite and carbonaceous reducing agents is loaded onto this mixture.
EFFECT: improved quality of technical silicon due to reduction of phosphorus content.
1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к способам получения технического кремния в электрических печах.The invention relates to non-ferrous metallurgy, and in particular to methods for producing technical silicon in electric furnaces.

Технический кремний получают высокотемпературным восстановлением минерального сырья, кварца или кварцитов, с помощью углеродистых восстановителей. В процессе восстановительной плавки, кроме ведущего элемента кремния, восстанавливаются и другие элементы, которые являются примесями в минеральном сырье и входят в состав золы восстановителей. Все восстановленные элементы, такие как железо, алюминий, кальций, фосфор, в подавляющем большинстве ухудшают качество технического кремния. Для удаления нежелательных примесей до минимально допустимых величин проводят окислительное рафинирование кремния (Ёлкин К.С., Зельберг Б.И. и др. Производство кремния. Справочник металлурга, С-Пб, МАНЭБ, 2013, 364 с.).Technical silicon is obtained by high-temperature reduction of mineral raw materials, quartz or quartzite, using carbonaceous reducing agents. In the process of reducing smelting, in addition to the leading silicon element, other elements are also restored, which are impurities in the mineral raw materials and are part of the reductant ash. All recovered elements, such as iron, aluminum, calcium, phosphorus, overwhelmingly degrade the quality of technical silicon. To remove unwanted impurities to the minimum permissible values, oxidative refining of silicon is carried out (Yolkin KS, Zelberg B.I. et al. Silicon production. Metallurgist Handbook, St. Petersburg, MANEB, 2013, 364 pp.).

Повышенные требования к высококачественным алюминиевым сплавам, в которых основным легирующим элементом является кремний, ограничивают содержание фосфора в кремнии и заставляют производителей кремния разрабатывать технологии по удалению фосфора.Increased requirements for high-quality aluminum alloys, in which silicon is the main alloying element, limit the phosphorus content in silicon and force silicon manufacturers to develop phosphorus removal technologies.

Известен способ рафинирования кремния и его сплавов (патент RU 2146650, С01В 33/037, опубл. 20.03.2000), включающий в себя обработку расплава в ковше кислородом, подаваемым через устройство для продувки газа, в присутствии флюса, в состав которого входят чистый кварцевый песок, известь и/или плавиковый шпат. В процессе рафинирования происходит снижение в кремнии содержания алюминия, кальция и углерода. При осуществлении данного способа не происходит удаления фосфора, что является недостатком данного способа рафинирования кремния.A known method of refining silicon and its alloys (patent RU 2146650, СВВ 33/037, publ. 20.03.2000), including the processing of the melt in the ladle with oxygen supplied through a device for purging gas, in the presence of a flux, which includes pure quartz sand, lime and / or fluorspar. During refining, the content of aluminum, calcium and carbon decreases in silicon. When implementing this method does not remove phosphorus, which is a disadvantage of this method of refining silicon.

Известен способ выплавки кремния (RU 2082783, С01В 33/00, С22В 5/02, опубл. 27.06.97), для осуществления которого при выпуске кремния в ковш или изложницу в жидкий кремний вводят хлориды щелочных металлов в количестве, которое зависит от массы выпускаемого кремния. После дробления слитков кремния куски кремния промывают водой. Недостатком данного способа является недостаточно эффективная очистка кремния от примесей.A known method of smelting silicon (RU 2082783, C01B 33/00, C22B 5/02, publ. 06/27/97), for which when releasing silicon into the ladle or mold in liquid silicon, alkali metal chlorides are introduced in an amount that depends on the mass produced silicon. After crushing the silicon ingots, the silicon pieces are washed with water. The disadvantage of this method is the insufficiently effective purification of silicon from impurities.

Известен способ выплавки технического кремния, включающий дозирование, загрузку и непрерывное проплавление шихты, состоящей из кварцита, нефтяного кокса, древесного и каменного углей, древесной щепы (Попов С.И. Металлургия кремния в трехфазных руднотермических печах, Иркутск, 2000, с. 75-95). Недостатком данного способа является невысокое качество кремния.A known method of smelting technical silicon, including dosing, loading and continuous melting of a mixture consisting of quartzite, petroleum coke, charcoal, hardwood, wood chips (Popov S.I. Silicon metallurgy in three-phase ore-thermal furnaces, Irkutsk, 2000, p. 75- 95). The disadvantage of this method is the low quality of silicon.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ выплавки технического кремния в электропечах (патент RU 2570153, С01В 33/025, опубл. 10.12.2015), включающий дозирование, смешение, загрузку и непрерывное проплавление шихты, состоящей из кварцита, нефтяного кокса, древесного и каменного углей, древесной щепы. При дозировании шихту делят на две части, одну часть шихты загружают в центр ванны печи, а в другую часть шихты добавляют карбид кремния и загружают под электроды, при этом часть шихты, содержащая карбид кремния, имеет следующий состав компонентов, масс. %: кварцит 45,3-50,1; древесный уголь 2,4-5,2; каменный уголь 9,8-21,2; нефтяной кокс 1,4-3,1; древесная щепа 4,4-9,8; карбид кремния 10,6-36,7. В центр ванны печи и между электродами периодически загружают восстановитель в количестве 2-5% от веса загруженного карбида кремния.Closest to the claimed method is a method of smelting technical silicon in electric furnaces (patent RU 2570153, СВВ 33/025, publ. 10.12.2015), including dosing, mixing, loading and continuous melting of a mixture consisting of quartzite, petroleum coke, wood and stone coal, wood chips. When dosing, the charge is divided into two parts, one part of the charge is loaded into the center of the furnace bath, and silicon carbide is added to the other part of the charge and loaded under the electrodes, while the part of the charge containing silicon carbide has the following composition of components, mass. %: quartzite 45.3-50.1; charcoal 2.4-5.5; coal 9.8-21.2; petroleum coke 1.4-3.1; wood chips 4.4-9.8; silicon carbide 10.6-36.7. Reducer is periodically loaded into the center of the furnace bath and between the electrodes in an amount of 2-5% by weight of the loaded silicon carbide.

Недостатком прототипа является невысокое качество кремния из-за большого количества примесей, вносимых восстановителями.The disadvantage of the prototype is the low quality of silicon due to the large number of impurities introduced by reducing agents.

В основу изобретения положена задача, направленная на повышение качества технического кремния, получаемого восстановительной плавкой в руднотермических печах.The basis of the invention is a task aimed at improving the quality of technical silicon obtained by reduction smelting in ore-thermal furnaces.

При этом техническим результатом является снижение содержания фосфора в кремнии до содержания менее 0,0020 мас. %.In this case, the technical result is to reduce the phosphorus content in silicon to a content of less than 0.0020 wt. %

Технический результат достигается за счет того, что в способе выплавки технического кремния, включающем дозирование, смешение, загрузку и непрерывное проплавление шихты, состоящей из кварцита, смеси восстановителей и карбида кремния, новым является то, что во время дозирования навеску шихты разделяют на две части: вначале в печь загружают смесь карбида кремния и кварцита, взятых в стехиометрическом соотношении, затем на эту смесь загружают оставшуюся часть кварцита и углеродистых восстановителей.The technical result is achieved due to the fact that in the method of smelting technical silicon, including dosing, mixing, loading and continuous melting of the mixture, consisting of quartzite, a mixture of reducing agents and silicon carbide, it is new that during batching the sample is divided into two parts: first, a mixture of silicon carbide and quartzite taken in a stoichiometric ratio is loaded into the furnace, then the remainder of quartzite and carbon reducing agents are loaded onto this mixture.

В качестве восстановителей могут быть использованы нефтяной кокс, древесный и каменный угли, древесная щепа.As reducing agents can be used petroleum coke, charcoal and coal, wood chips.

Способ осуществляют следующим образом: в композиции восстановителей, состоящей из древесного и каменного углей, нефтяного кокса и древесной щепы, определяли количество вносимого с золой восстановителей фосфора. Выявлено, что до 52 мас. % фосфора вносится древесным углем, до 25 мас. % - древесной щепой, и до 18 мас. % - каменным углем.The method is as follows: in the composition of reducing agents, consisting of charcoal and coal, petroleum coke and wood chips, the amount of phosphorus reducing agents introduced with the ash was determined. It was revealed that up to 52 wt. % phosphorus is introduced by charcoal, up to 25 wt. % - wood chips, and up to 18 wt. % - coal.

Вводимый в состав шихты карбид кремния уменьшает количество фосфора, вносимого с шихтой. Для уменьшения содержания фосфора в конечном продукте перед загрузкой навеску шихты разделяли на две части. Вначале загружали смесь карбида кремния и кварцита в стехиометрическом соотношении для осуществления реакцииThe silicon carbide introduced into the mixture reduces the amount of phosphorus introduced into the mixture. To reduce the phosphorus content in the final product, the charge was divided into two parts before loading. At first, a mixture of silicon carbide and quartzite was loaded in a stoichiometric ratio for the reaction

2SiC+SiO2=3Si+2CO,2SiC + SiO 2 = 3Si + 2CO,

и так как эта реакция протекает при более высокой температуре, часть восстановленного фосфора испаряется, что уменьшает содержание фосфора в кремнии.and since this reaction proceeds at a higher temperature, part of the reduced phosphorus evaporates, which reduces the phosphorus content in silicon.

Затем загружали оставшуюся часть кварцита и углеродистые восстановители для плавки кремния по реакцииThe remainder of quartzite and carbon reducing agents for melting silicon by reaction were then charged.

SiO2+2C=Si+2CO.SiO 2 + 2C = Si + 2CO.

В промышленной печи проводили опытные плавки и изменяли количество вносимых с шихтой углеродистых восстановителей и карбида кремния. В полученном кремнии измеряли содержание фосфора. Результаты опытных плавок приведены в таблице 1.Experimental melting was carried out in an industrial furnace and the amount of carbonaceous reducing agents and silicon carbide introduced with the charge was changed. In the obtained silicon, the phosphorus content was measured. The results of the experimental swimming trunks are shown in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Изменение соотношения углеродистых восстановителей - карбида кремния при ведении плавки показало, что с введением в состав шихты карбида кремния содержание фосфора в кремнии снижается незначительно. В дальнейшем при загрузке шихты в печь навеску шихты разделили на две части: вначале на колошник печи загружали карбид кремния вместе с кварцитом, затем на эту шихту загружали оставшуюся часть кварцита и углеродистых восстановителей. При такой загрузке шихты содержание фосфора в кремнии снизилось до 0.0014 мас. %, дальнейшее увеличение доли карбида кремния привело к постепенному, устойчивому увеличению количества фосфора в кремнии. Причина в том, что при значительном увеличении доли карбида кремния, более 30 мас. %, снижается извлечение кремния, из-за подъема температуры на колошнике печи по причине развития реакции образования монооксида кремния (SiO) при взаимодействии карбида кремния и кварцита.A change in the ratio of carbon reducing agents to silicon carbide during melting showed that with the introduction of silicon carbide in the mixture, the phosphorus content in silicon decreases slightly. Later, when loading the charge into the furnace, the charge of the charge was divided into two parts: first, silicon carbide together with quartzite was loaded onto the furnace top, then the remaining part of quartzite and carbon reducing agents were loaded onto this charge. With such a charge charge, the phosphorus content in silicon decreased to 0.0014 wt. %, a further increase in the proportion of silicon carbide led to a gradual, steady increase in the amount of phosphorus in silicon. The reason is that with a significant increase in the proportion of silicon carbide, more than 30 wt. %, the extraction of silicon is reduced due to a rise in temperature at the furnace top due to the development of the reaction of formation of silicon monoxide (SiO) during the interaction of silicon carbide and quartzite.

Оптимальным вариантом замены углеродистых восстановителей на карбид кремния является величина 10-30 мас. %, опыты 5-9. При меньшем количестве карбида кремния не достигается необходимое количество фосфора в кремнии, опыты 2-3. С увеличением количества карбида кремния, более 30 мас. %, уменьшается извлечение кремния, что ведет к увеличению содержания фосфора, опыты 10-12.The best option for replacing carbonaceous reducing agents with silicon carbide is 10-30 wt. %, experiments 5-9. With a smaller amount of silicon carbide, the required amount of phosphorus in silicon is not achieved, experiments 2-3. With an increase in the amount of silicon carbide, more than 30 wt. %, the extraction of silicon decreases, which leads to an increase in the phosphorus content, experiments 10-12.

Claims (1)

Способ выплавки технического кремния, включающий дозирование, смешение, загрузку и непрерывное проплавление шихты, состоящей из кварцита, смеси восстановителей и карбида кремния, отличающийся тем, во время дозирования навеску шихты разделяют на две части: вначале в печь загружают смесь карбида кремния и кварцита, взятых в стехиометрическом соотношении, затем на эту смесь загружают оставшуюся часть кварцита и углеродистых восстановителей.A method of smelting technical silicon, including dosing, mixing, loading and continuous melting of a mixture consisting of quartzite, a mixture of reducing agents and silicon carbide, characterized in that during dosing, the charge of the mixture is divided into two parts: first, a mixture of silicon carbide and quartzite taken in a stoichiometric ratio, then the remainder of quartzite and carbonaceous reducing agents are loaded onto this mixture.
RU2016142987A 2016-10-31 2016-10-31 Method for technical silicon melting RU2649423C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142987A RU2649423C1 (en) 2016-10-31 2016-10-31 Method for technical silicon melting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142987A RU2649423C1 (en) 2016-10-31 2016-10-31 Method for technical silicon melting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2649423C1 true RU2649423C1 (en) 2018-04-03

Family

ID=61867372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016142987A RU2649423C1 (en) 2016-10-31 2016-10-31 Method for technical silicon melting

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2649423C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2082670C1 (en) * 1994-02-08 1997-06-27 Акционерное общество "Иркутский алюминиевый завод" Method of silicon production
RU2544694C1 (en) * 2013-12-18 2015-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Объединённая компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Furnace-charge for silicium manufacturing
RU2570153C1 (en) * 2014-08-29 2015-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Method of technical silicon melting

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2082670C1 (en) * 1994-02-08 1997-06-27 Акционерное общество "Иркутский алюминиевый завод" Method of silicon production
RU2544694C1 (en) * 2013-12-18 2015-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Объединённая компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Furnace-charge for silicium manufacturing
RU2570153C1 (en) * 2014-08-29 2015-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Method of technical silicon melting

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1409406B1 (en) Medium purity metallurgical silicon and method for preparing same
JP6230531B2 (en) Method for producing metallic chromium
RU2673821C1 (en) Charge for production of silicon carbide
UA77584C2 (en) Highly titanium ferroalloy, which is obtained by two-stage reduction in the electrical furnace from ilmenite
RU2649423C1 (en) Method for technical silicon melting
RU2007129387A (en) METHOD FOR Smelting IRON-CARBON ALLOYS OF DIFFERENT FUNCTIONAL PURPOSE IN INDUCTION FURNACES
JP4456058B2 (en) Spheroidizing agent for ductile cast iron and spheroidizing method for ductile cast iron
RU2570153C1 (en) Method of technical silicon melting
RU2620206C2 (en) Graphitizing modification method of iron
UA77117C2 (en) Method for producing highly titanium ferroalloy of ilmenite by two stage electric furnace melting
RU2635157C1 (en) Method of technical silicon cleaning
CN105506219A (en) Aluminum-free heating agent for chemical heating outside molten steel furnace and preparation method thereof
RU2589948C1 (en) Method of producing cast iron sintegal from red mud
RU2671357C1 (en) Method of purifying technical silicon
RU2673532C1 (en) Method of refining technical silicon
US1410749A (en) Manufacture of steel
RU2374349C1 (en) Method of smelting of vanadium-bearing alloys
RU2714561C1 (en) Method of producing ferrosilicon in closed ore-thermal furnaces
RU2105073C1 (en) Vanadium slag treatment method
RU2618294C1 (en) Procedure for melting synthetical nodular cast iron in induction furnaces
RU2549820C1 (en) Method for aluminothermic obtainment of ferroalloys
RU2698161C1 (en) Charge for producing ferrosilicon
RU2315815C1 (en) Method for producing of vermiculate graphite cast-iron
RU2708281C1 (en) Method of out-of-furnace steel treatment
RU2509160C2 (en) Method of ferrosilicon production