Способ получения диоксида кремния

 

Изобретение относится к технологии получения аморфного диоксида кремния, используемого в качестве минирального наполнителя в композиционных материалах. Сущность: в качестве кремнийсодержащего материала используют пыль отходящих газов производства кремния и/или высококремнистого ферросилиция, которую обрабатывают раствором щелочи. Из полученного раствора диоксид кремния выделяют действием минеральной кислоты. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения аморфного диоксида кремния, используемого в качестве минерального наполнителя в композиционных материалах.

В настоящее время при производстве кремния и высококремнистого ферросилиция образуется 700-900 кг/т получаемого продукта пылеобразных отходов, которые до 95% сбрасываются в отвал или на шламовые поля.

Как показал анализ, отходы содержат до 75-90% ценного продукта диоксида кремния (таблица), т.е. отход может служить сырьем, для производства товарного диоксида кремния.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ получения двуокиси кремния из нефелинового шлама путем обработки его азотной кислотой, промывку полученного продукта на первой стадии соляной кислотой, на второй стадии водой и сушку целевого продукта.

Однако такой способ характеризуется низким качеством готового продукта 86,5% Задачей изобретения является повышение качества готового продукта.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения двуокиси кремния, включающем обработку кремнеземсодержащего материала минеральной кислотой, промывку полученного осадка и сушку целевого продукта, в качестве кремнеземсодержащего материала используют пыль отходящих газов производства кремния и/или высококремнистого ферросилиция, которую предварительно обрабатывают раствором щелочи по стехиометрии, а полученный продукт нейтрализуют соляной кислотой.

Установлено, что при производстве технического кремния и высококремнистого ферросилиция диоксид кремния, находящийся в отходящих газах, представлен двумя формами: аморфной и кристаллической.

На фиг. 1 показана рентгенограмма пыли, уловленной в системе газоочистки; на фиг. 2 рентгенограмма пыли, переработанной кислотно-щелочным способом.

На фиг. 1 представлены данные качественного рентгеноструктурного анализа пыли газоочистки, подтверждающие наличие как аморфной формы диоксида кремния, так и кристаллической.

Образующиеся в процессе восстановления кремнезема газообразные моноокись кремния (SiO_г) и элементарный кремний (Si_г), увлекаясь через колошник печи и взаимодействуя с кислородом воздуха, образуют аморфный диоксид кремния по реакциям SiO_г+1/2O₂=SiO_2т (1) Si_г+О₂=SiO_2т (2) Этот образующийся возгонным путем пылевидный материал с размером частиц от 0,01 до 10 мкм является основной частью (до 80%) пыли, уловленной в системе газоочистки.

Массовая доля кристаллической формы диоксида кремния, как следует из таблицы, незначительна и составляет 1-4 мас. Мелкие частицы кварцита поступают в систему газоочистки при механическом пылеуносе, который ярко выражен при повышенном свищеобразовании и механической обработке колошника печи.

Как показали исследования, аморфная форма диоксида кремния (в отличие от кристаллической) является химически более активной и полностью растворяется в щелочи, образуя силикат.

Кристаллический ( -кварц) диоксид кремния при нормальных условиях растворяется в щелочи незначительно (до 4%). Имеющиеся в пыли наряду с кристаллическим диоксидом кремния углеродсодержащие частицы восстановителя и карбида кремния в реакцию со щелочью не вступают.

Окислы сопутствующих металлов (Fe, Al, Ca и т.д.), взаимодействуя со щелочью, образуют гидроокиси, выпадающие в осадок. Водный раствор силиката натрия после отделения осадка направляется на нейтрализацию минеральной кислотой для осаждения чистого диоксида кремния.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что: в качестве кремнеземсодержащего сырья используют пыль газоочистки производства кремния и/или ферросилиция; пыль газоочистки предварительно обрабатывают раствором щелочи по стехиометрии.

П р и м е р. Для получения 1 кг очищенного аморфного диоксида кремния 1,35 кг пыли газоочистки подвергается обработке 40%-ным водным раствором едкого натра в течение 30 мин по реакции SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O (3) Полученный раствор силиката натрия отделяют от нерастворимых примесей фильтрованием, при этом масса нерастворимого осадка составляет 25-30% от массы исходной пыли.

Для выделения диоксида кремния из раствора силиката натрия используют соляную кислоту плотностью 1,17 г/см³ до получения нейтрального значения рН по реакции Na₂SiO₃+2HCl SiO + 2NaCl+H₂O
(4)
Расходы щелочи и кислоты по реакциям (3) и (4) соответствуют стехиометрическому значению.

Для окончательной отмывки диоксида кремния осадок промывается пятикратным (по отношению к фильтрату) количеством воды, однократным объемом соляной кислоты (1:10) и вновь двукратным объемом воды. Высушивание осадка осуществляется при температуре 250^оС в течение 2 ч.

Выход готового продукта из пыли составляет 72-75%
Как показал химический анализ, содержание примесей в полученном аморфном диоксиде кремния составляло, мас. железо 5 10^-4 алюминий 3 10^-2 кальций 2 10^-3 магний 4 10^-5 марганец 6 10^-5 цинк 4 10^-3 хром до 1 10^-5 титан 2 10^-5 медь 1 10^-4 никель до 1 10^-5 молибден 1 10^-4 свинец 2 10^-4 бор 8 10^-4 олово до 1 10^-5
Т.е. содержание основного продукта составило 99 мас.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ, включающий обработку кремнийсодержащего вещества минеральной кислотой, промывку полученного осадка и сушку продукта, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего вещества используют пыль отходящих газов производства кремния и/или высококремнистого ферросилиция, которую обрабатывают раствором гидроксида натрия, взятом в стехиометрическом количестве в расчете на диоксид кремния, и полученный после отделения нерастворившегося осадка раствор обрабатывают кислотой.

РИСУНКИ

Рисунок 1