SE463621B - Foerfarande och raamaterialaemnen foer framstaellning av kisel eller ferrokisel - Google Patents

Description

C)'\ CN 10 15 20 25 30 Ö\ PO .r .a Den vid de rådande temperaturerna gasformiga kiselmonoxiden kommer in i elektrolågschaktugnens övre del.

Vid kända metoder av detta slag (DE-OS-34 11 731) framställs råmaterialämnena genom brikettering. Därvid använder man sig av briketteringslämpligt kol i en för briketteringen till- räcklig mängd, vilket företrädesvis sker genom varmbrikette- ring men också som kallbrikettering med tillförsel av bitumi- nösa bindemedel. I övrigt innehåller råmaterialämnena kolet i form av kolbärare, som är inerta med avseende på brikette- ringen, till exempel petroleumkoks, antracit, grafit, brun- kolskoks, stenkolskoks och dylikt. Det torde inses att man kan fullfölja framställningen av kisel till kiseljärn eller till kiselmetall genom att man tillför lämpliga substanser, till exempel järn i form av järnspån eller järngranulat el- ler också i form av järnoxid, i elektrolågschaktugnen.

Dessa förut kända metoder har visat sig fungera tillfreds- ställande. De leder vid låg strömförbrukning i elektrolåg- schaktugnen och reducerad elektrodförbrukning i elektro- lågschaktugnen till ett väsentligt högre kiselutbyte. Detta beror på (enligt icke offentliggjorda undersökningar), att det i det första reduktionssteget till kiselkarbid bildas koksstruktur-agglomerat av råmaterialämnena, och de har en mycket större yta, d.v.s. en koksstrukturyta, i jämförelse med kolet i en beskickning av kiseldioxid och kol. Deras specifika inre yta är vanligtvis mindre än 5 m2/g. Den för- storade ytan gör koksstruktur-agglomeraten speciellt reak- tionsbenägna och aktiverar dem i viss utsträckning med av- seende på kolets reaktionsbenägenhet. Fortfarande frigörs emellertid kiselmonoxid i gasform, vilket har en motsatt effekt på kiselutbytet och på strömförbrukningen.

Uppfinningen har som syfte att förbättra detta slags för- farande med avseende på strömförbrukning och kiselutbyte och på ett sådant sätt att en mycket ren metallkisel kan p- 10 15 20 25 30 erhålles.

Detta löses enligt uppfinningen vid det inledningsvis beskrivna förfarandet därigenom att råmaterialämnena, räknat på sin totalvikt formas med 4 - 20 vikt-% bitu- minöst bindemedel, vilket räknat på det bituminösa binde- medlet, försattes med 2 - 20 vikt-% av ett finpartikulärt kiseldioxidpulver med en specifik inre yta av åtminstone 5 m2/g, i synnerhet 200 - 8001n2/g i en sådan mängd att vid reduktionen av kiseln till kiselkarbid i råmaterialämnena koksstruktur-agglomerat bildas med en specifik inre kolyta av totalt över 5 m2/g, företrädesvis 50 - 100 m2/g, att råmaterialämnena underkastas en värmebehandling vid en temperatur, som är belägen nedanför reduktionstemperaturen för kiseldioxiden till kiselkarbiden, vid vilken det bitu- minösa bindemedlet krackerar och att reduktionen fortsätter med de den inre ytan av över 5 m2/g uppvisande koksstruktur- agglomeraten i lågschaktugnens nedre del. Genom det fina kvartspulvret, vilket först reduceras till kiselkarbid i elektrolågschaktugnen, åstadkommes ytterligare inre yta hos koksstruktur-agglomeraten, som så att säga suger upp gasformig kiselmonoxid och reducerar denna allteftersom förfarandet fortskrider. Det torde inses att även den fin- korniga kiseldioxiden bidrar till att bilda den inre ytan.

Bituminöst bindemedel betecknar alla lämpliga bitumener, speciellt de, som används som bindemedel till exempel vid vägbyggnad och vid brikettering. Smältpunkten skall så långt det är möjligt ligga över 60°C. Det torde inses att de enskilda kornen i det fina kvartspulvret skall vätas så intimt som möjligt av det bituminösa bindemedlet och vara homogent blandat med detta. Detta kan man utan problem upp- 46 Q 10 15 20 25 30 62 4 nå genom att man genom uppvärmning gör det bituminösa , bindemedlet tillräckligt flytande och därefter blandar det med kvartspulver, exempelvis kan man därvid arbeta enligt jetstråleprincipen. Kvartspulver betecknar mycket fint kvartspulver (högdispergerad, amorf kiseldioxid, se firman Degussa's broschyr om Aerosil), men även annat mycket fint kiseldioxidpulver. - Med andra ord åstad- kommes enligt uppfinningen en ytterligare reaktions- benägen kolyta i koksstruktur-agglomeraten genom till- satsen av kvartspulver till råmaterialämnena, vilket möjliggörs genom att kvartspulvret blandas in i ett bitu- minöst bindemedel: vid reduktionen av kvartspulvret till kiselkarbid uppstår de âstadkomna inre ytorna i oförbrukat kol i det första reduktionssteget. Genom kvartspulvrets mängd och dess specifika inre yta kan den âstadkomna inre ytan bestämmas på förhand. Efter det att det bituminösa bindemedlet förkoksats är kvartspulvret överdraget med ett koksskikt, som från l500°C bildar en avsevärd mängd kisel- till koks. karbiden förbrukas med ytterligare ytutveckling, speciellt karbid. Pulverytan överförs så att säga Kisel- vid de yttre gränsytorna hos de små kiselkarbidkristallerna.

Ytökningen kan mycket noggrant regleras genom val av kvarts- pulver och dess procentuella andel i bindemedlet. Här gäller en avstämningsregel. Produkten mellan viktprocent och inre yta hålls företrädesvis konstant vid alla blandningsför- hâllanden. Det innebär exempelvis att 30 vikt-% med en inre yta pá 10 m2/g utövar samma verkan som 0,7 vikt-% kvarts- pulver med en inre yta pà omkring 450 m2/g.

Den föregående värmebehandlingen av råmaterialämnen kan genomföras i en övre del i elektrolågschaktugnen, där exempelvis en temperatur på omkring SOOOC kan upprätthàllas.

Men den föregående värmebehandlingen kan också genomföras 10 15 20 25 46.5' 62 som en förförkoksning i en vanlig förkoksningsprocess utanför elektrolågschaktugnen. I princip kan inom ramen för uppfinningen râmaterialämnena framställas på valfritt sätt. Man måste emellertid genom val av bituminöst bindemedel säkerställa, att råmaterial- ämnena får en tillräcklig hållfasthet, så att de bi- behåller sin form i elektrolågschaktugnen och inte brakar ihop under transporten.

Råmaterialämnena kan inom ramen för uppfinningen matas in som beskickning blandade med den styckformiga kisel- dioxiden och extrakol. Om kiselmetall eller kiseljärn skall framställas direkt i elektrolågschaktugnen, kan beskickningen dessutom tillföras finfördelat järn, till exempel i form av järnspàn eller järnpulver eller järn- oxid. Men man kan här också använda râmaterialämnen, som dessutom innehåller finpartikulärt järn. Råmaterial- ämnena innehåller alltid kol i överskott med avseende på kiseldioxidens reaktion i râmaterialämnena till kisel- karbid. Det är lämpligt att bygga upp râmaterialämnena, så att de med avseende på denna reduktion av kiseldi- oxid til kiselkarbid innehåller ett överskott på kol på mer än 50 vikt-% och mindre än 90 vikt-%. Om man förfar enligt uppfinningen och använder extremt rena utgángsmaterial, speciellt ett extremt rent bituminöst bindemedel i form av en dubbeldestillerad petroleumpro- dukt, erhåller man kisel med mycket hög renhet.

Härefter beskrivs uppfinningen närmare med hjälp av ut- 1 46 J 10 15 20 25 30 6 f) föringsexempel, vilka skildrar dels framställningen av rå- materialämnena, dels framställningen av kisel och vilka vi- sar uppfinningens fördelar.

Framställningen av râmaterialämnen medelst ett bituminöst bindemedel som har tillförts finpartikulärt kvartspulver kan åstadkommas med vilken lämplig process som helst. Kall- brikettering används i det följande utföringsexemplet: Ett bindemedel framställt av petroleum och med mjuknings- punkten vid s7°c hettaaes upp till 17o°c och höns i rörel- se under kraftig omrörning. Omröraren var konstruerad så att kvartspulver med hög ytarea (specifik area 800 m2/g) sögs genom en ledning in i omrörarens ihåliga axel. Kvarts- pulvret fördelades radiellt under det flytande bindemedlets yta och fördes genom den kraftiga rörelsen omedelbart in i detta. En konstant strömning i omrörarkärlet àstadkom att den önskade koncentrationen på 10% kvartspulver fördelades homogent. Bindemedlets skumning hölls inom acceptabla grän- ser genom en stor omrörarkärlsyta. Blandningens viskositet steg till följd av tillsatsen av kvartspulver. Flytbarheten bibehölls. Blandningen kunde pumpas, vilket är viktigt för det fortsatta förfarandet. Förvärmd sand och petroleumkoks tillsattes vätskeblandningen. Blandningen antog en tempera- tur på l10°C. Knàdning genomfördes i ångatmosfär. Den slut- liga blandningen innehöll 10% av det bituminösa bindemedlet med kvartspulver, 40% sand och 50% petroleumkoks. Kvartspulv- ret utgjorde 1% av den totala blandningen.

Blandningen briketterades vid l04°C i en valspress. På så f sätt framställdes råmaterialämnen i form av briketter med 3. Efter det att ämnena hade svalnat till g omgivningens temperatur uppvisade punkt/tryckhállfasthet på 185 kg, för alla mekaniska fordringar vad port. Sikttester visade att relativt långa transportsträc- en volym på 18 cm de en genomsnittlig vilket var tillräckligt avser lagring och trans- 10 15 20 25 30 -lå CT\ (JJ O\ |\.3 .._~. kor till lands och till sjöss inte fick det avsiktade mate- rialet att bli större än 2%.

För förfarandet enligt uppfinningen är det även betydelse- fullt att råmaterialämnena har den erforderliga brinnbestän- digheten. Detta begrepp hänför sig till uppförandet hos bränslen och reaktionsämnen, då dessa hettas upp eller chockupphettas. Detta inträffar dagligen och sker vid var- je beskickning i elektrolågschaktugnen, eftersom det nya kalla materialet alltid tillförs en het beskickningsyta, i vilken de fasta ämnena har temperaturer på över 50000 och över vilken gaserna brinner med en avsevärd värmeut- veckling. Råmaterialämnena tillfredsställde även i detta avseende alla förväntningar.

I en trådkorg, som var upphängd för att kunna sänkas ned i lâgschaktugnen gled råmaterialämnena under beskickningens yta efter beskickningen. Där lämnades de i en timme. Där- efter drogs de upp från ugnen med hjälp av trådkorgen och fördes snabbt in i ett lufttätt kärl. Koksstruktur-agglo- merat hade bildats. Punkt/tryckhàllfastheten hos dessa agg- lomerat uppmättes efter svalning. Man fann att punkt/tryck- hållfastheten hade ökat till 210 kg. De flyktiga bestånds- delarna hade minskat till under 2%. Några av ämnena het- tades åter upp på laboratoriet. Viktförlusterna upp till l600°C uppmättes, hållfastheten prövades och den inre ytan bestämdes. Alla värden var tillfredsställande. Den specifika inre ytan var 14,3 m2/g. Parallella prov utan tillsats av kvartspulver visade på en specifik yta på endast 4,2 m2/g.

Med hjälp av de på beskrivet sätt framställda råmaterial- ämnena tillverkades kisel i elektrolágschaktugnen enligt det i inledningen beskrivna förfarandet. Resultatet var slående. Kiselutbytet uppgick till 96,6% vid en strömför- 463 621 brukning på 10600 kwh/tSi. Parallellförsök med råmaterial- ämnen utan tillsats av kvartspulver ledde till ett kisel- utbyte på endast omkring 80% vid en energiförbrukning på 12800 kwh/tSi.

Claims (2)

1. 0 15 20 25 30 9 465 621 P a t e n t k r a v l. Förfarande för framställning av kisel eller ferrokisel i en elektrolàgschaktugn, varvid råmaterialämnen, som innehåller finkornig kisel- dioxid samt överskott på kol med avseende på reduktionen till kiselkarbid, först bildas och varvid ràmaterialämnena matas in blandade med styckformig kiseldioxid, ev under tillsats av finpartikulärt järn eller järnoxid, såsom be- skickning i làgschaktugnen, varvid kiseldioxiden i râmaterialämnena reduceras till kiselkarbid vid en temperatur på under 16000 C i en del i elektrolàgschaktugnen och koksstruktur-agglomerat bil- das av det kol i råmaterialämnena, som inte förbrukas vid denna reduktion, varvid den i styckeform med beskickningen tillförda, smälta kiseldioxiden reduceras vid en temperatur, som är belägen över 16000 C, företrädesvis mellan 1800-20000 C, med kiselkarbiden och kolet från koksstrukturagglomeraten till kisel i en nedre del av elektrolàgschaktugnen, k ä n n n e - t e c k n a t av att råmaterialämnena, räknat på sin total- vikt formas med 4 - 20 vikt -% bituminöst bindemedel, vilket räknat på det bituminösa bindemedlet, försatts med 2 - 20 vikt -% av ett finpartikulärt kiseldioxidpulver med en spe- cifik inre yta av åtminstone 5 m2/g, i synnerhet 200 - 800 m2/g i en sådan mängd att vid reduktionen av kiseln till kiselkarbid i rå- materialämnena koksstruktur-agglomerat bildas med en specifik inre kolyta av totalt över 5 mz/g, före- trädesvis 50 - 100 m2/g, att rámaterialämnena underkastas en värmebehandling vid en temperatur, som är belägen nedanför reduktionstemperaturen 463 10 15 621 w för kiseldioxiden till kiselkarbiden, vid vilken det bituminösa bindemedletluacmuar och att reduktionen fortsätter med de den inre ytan av över 5 m2/g uppvisande koksstrukturagglomeraten i làgschaktugnens nedre del.

2. Râmaterialämnen för genomförande av förfarandet enligt krav 1, vilka uppvisar finkornig kiseldioxid och räknat på reduktionen av kiseldioxiden till kiselkarbid ett överskott av kol, k ä n n e t e c k n a t av att rámaterialämnena räknade pà totalvikten är briketterade med 4 - 20 vikt-% av ett bituminöst bindemedel, som upp- visar 2 - 20 vikt-% finpartikulärt kiseldioxidpulver med en specifik inre yta av över 5 m2/g, företrädesvis 200 - 800 m2/g och att det bituminösa bindemedlet är krackerad genom en förkoksning av rámaterialämnena.