Брикетированная смесь для получения технического кремния и способ ее приготовления

 

Изобретение относится к области производства кремния восстановительной плавкой кремнеземсодержащих материалов в дуговых печах. Сущность изобретения: смесь следующего состава, мас.%: кварцевый песок 30-50; гидролизный лигнин 45-60; нефтяной кокс 5-10. Способ брикетирования смеси включает измельчение нефтянного кокса до крупности менее 3 мм, обезвоживание лигнина до влажности 12-15% , смешение компонентов и их брикетирование под давлением 80-95 МПа. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии и касается производства кремния восстановительной плавкой кремнеземсодержащих материалов в дуговых печах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ по- лучения кремния, предусматривающий использование шихты, состоящей из кремнеземсодержащего сырья, например кварцевого песка, и лигнина. Компоненты шихты перемешивают и брикетируют.

Однако в данном способе не указываются ни состав шихты, ни режим брикетирования, которые обеспечивали бы высокую активность шихты и требуемую процессом выплавки кремния механическую прочность брикетов. При преобладающем содержании кварцевого песка брикеты будут иметь низкую механическую прочность и недостаточное количество углерода для осуществления восстановительных реакций. При малом содержании кварцевого песка становится не эффективным использование окускованной смеси, так как для получения кремния потребуется обязательная добавка к шихте кускового кварцита. Кроме того, низкое содержание в лигнине твердого углерода ( 25%) служит препятствием в изготовлении брикетов заданного состава.

В предлагаемом техническом решении создаются благоприятные условия для эффективного протекания восстановительных процессов, обеспечиваются высокие механическая прочность брикетов и активность шихты.

Брикетированная смесь для получения технического кремния, включающая кремнеземсодержащее сырье, например кварцевый песок, и лигнин, дополнительно содержит нефтяной кокс при следующем соотношении компонентов, мас. Кварцевый песок 30-50 Гидролизный лигнин 45-60 Нефтяной кокс 5-10 В способе приготовления брикетированной смеси, включающем смешение компонентов смеси и их брикетирование, нефтяной кокс предварительно измельчают до крупности менее 3 мм, гидролизный лигнин обезвоживают до влажности 12-15% а брикетирование производят под давлением 80-95 МПа.

Брикетированная смесь может быть использована как самостоятельное сырье для производства технического кремния или как компонент кусковой шихты.

Введение высокоуглеродистого нефтяного кокса (С_тв 92%) в смесь обогащает ее по содержанию твердого углерода и позволяет получить оптимальные для процесса соотношения между оксидной и углеродной частями смеси.

Использование смеси для производства кремния в брикетированном виде повышает эффективность взаимодействия оксида кремни с углеродом за счет более тесного контакта между ними. Кроме того, активность шихты увеличивается также за счет значительного содержания в ней высокореакционного восстановителя гидролизного лигнина.

Получаемые под давлением 80-95 МПа брикеты имеют высокую прочность (до 20 МПа) и не требуют введения связующего. При более высоком давлении (более 95 МПа) существенно увеличивается плотность брикетов и уменьшается их пористость, что снижает скорость протекания восстановительных процессов при выплавке кремния. При более низком давлении (менее 80 МПа) падает пpочность брикетов.

Применение мелкофракционного нефтяного кокса (менее 3 мм) способствует получению более прочного брикета и увеличивает поверхность взаимодействия нефтяного кокса с кварцевым песком. Гидролизный лигнин в исходном состоянии имеет влажность 65% Как показали исследования, качественные брикеты из предлагаемой смеси могут быть получены при влажности лигнина 12-15% поэтому лигнин необходимо предварительно обезвоживать.

Лигнин является отходом гидролизного производства. Его сравнительно низкая стоимость позволяет получить дешевый материал для производства технического кремния.

Предельные значения каждого компонента в предлагаемой смеси ограничиваются, с одной стороны, активностью смеси в процессе восстановления SiO₂, с другой стороны, механической прочностью брикетов, изготовляемых из смеси. Указанный состав смеси охватывает те массовые доли компонентов, при которых обеспечиваются и высокая активность смеси, и достаточная прочность брикетов. Брикетированная смесь должна удовлетворять следующим требованиям; активность не менее 40 (в условных единицах), так как в противном случае активность смеси окажется на уровне активности кусковой шихты, применяемой в промышленности (38 ед. ), и исчезнут преимущества от использования предлагаемой смеси; прочность не менее 10 МПа (согласно требованиям электротермических производств к окускованным материалам).

Примеры конкретного выполнения предлагаемого изобретения приводятся в таблице. В примерах использованы данные, полученные экспериментально при изучении активности смесей различного состава и прочности изготовленных из них брикетов.

Активность смеси определялась по степени восстановления SiO₂ в результате нагревания смеси в течение 30 мин при 1700^оС, прочность брикетов по раздавливающему усилию при сжатии на испытательной машине.

Определяющим компонентом в смеси является кварцевый песок. С увеличением содержания кварцевого песка возрастает активность смеси (до известных пределов), но одновременно снижается прочность брикетов. При массовой доле кварцевого песка более 50% прочность брикетов падает ниже минимально допустимой величины. Если содержание кварцевого песка до 50 мас. то активность смеси растет, так как приближаются к оптимуму соотношения между минеральной и углеродной частями шихты. При более высоком содержании кварцевого песка начинается обеднение шихты углеродом и эффективность восстановительных процессов снижается.

При массовой доле кварцевого песка, равной 30% брикеты имеют высокую прочность, но значительно меньшую активность, так как содержат много нескомпенсированного углерода.

Массовая доля восстановителей в смеси и соотношение между ними зависят от количества в смеси кварцевого песка.

По сравнению с используемой в промышленности кусковой шихтой, включающей дорогостоящий древесный уголь, применение брикетированной смеси позволит удешевить процесс выплавки кремния за счет снижения расхода технологической электроэнергии, обусловленного высокой активностью брикетов, и более низкой стоимости компонентов смеси.

Формула изобретения

1. Брикетированная смесь для получения технического кремния, включающая кремнеземсодержащее сырье кварцевый песок и лигнин, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нефтяной кокс при следующем соотношении компонентов, мас.

Кварцевый песок 30 50 Гидролизный лигнин 45 60 Нефтяной кокс 5 10 2. Способ приготовления брикетированной смеси для получения технического кремния, включающий смешение кремнеземсодержащего сырья кварцевого песка и лигнина, их брикетирование, отличающийся тем, что на смешение дополнительно подают нефтяной кокс, который предварительно измельчают до крупности 3 мм, гидролизный лигнин обезвоживают до влажности 12 15% и брикетирование производят под давлением 80 95 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1