Окускованная шихта для выплавки кремния

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии производства кремния плавкой в рудно-термических печах. Предлагаемый состав шихты содержит, мас. мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал 45 55, мелкодисперсный углеродсодержащий материал 30 35, натриевая щелочь 5 8, порошкообразный кремний 0,5 2, микрокремнезем 7,5 12. 1 табл.

Предполагаемое изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии производства кремния плавкой в рудно-термических печах.

В настоящее время при производстве кремния образуется множество мелкого кремнеземсодержащего материала, представленного в основном мелким кварцитом, пылью газоочистки, которые являются отходами производства.

Размер таких частиц составляет 1 мкм 20 мм.

В технологическом процессе этот материал не принимает участие из-за своего малого размера, т.к. либо выносится из печи газовым потоком, либо испаряется при высокой температуре печи, не успев вступить в реакцию.

Кроме того, при производстве кремния образуется большое количество пыли очень ценного, но хрупкого углеродсодержащего продукта древесного угля, а также нефтекокса, которые также не принимают участие в технологическом процессе, и является отходами.

Окусковывание этих материалов позволяет возвращать их в технологический процесс. Но известные технические решения по окусковыванию шихты не позволяют получить одновременно высоко пористый и прочный окускованный материал.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является шихта, в состав которой входит кремнеземистая пыль, уловленная из отходящих газов электропечи, угольная и коксовая пыль, а также связующее, в качестве которого используют раствор натриевой щелочи и кремниевого порошка.

Недостатком шихты является низкая термостойкость и слабая механическая прочность окускованного материала.

Задачей предполагаемого изобретения является получение высокопористого и высокопрочного окускованного шихтового материала.

Поставленная задача решается тем, что окускованная шихта для выплавки кремния дополнительно содержит микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.

Мелкий кремнеземсодержащий материал 45-55 мелкий углеродсодержащий материал 30-35 натриевая щелочь 5-8 металлический кремний 0,5-2 микрокремнезем 7,5-12 При перемешивании всех компонентов шихты происходит взаимодействие кремнеземсодержащего материала со щелочью по реакции: SiO₂+NaOH _ Na₂OSiO₂ (1) Т. е. происходит образование жидкого стекла, которое в момент реакции обладает высокой химической активностью по отношению к металлическому кремнию, при взаимодействии с которым образуется бисиликат натрия по реакции: Na₂OSiO₂+Si+2H₂O _ Na₂O2SiO₂+H₂ (2) Полимеризующийся бисиликат натрия и выделяющийся водород с парами воды способствуют образованию прочной пористой структуры шихты.

Однако, реакция взаимодействия реагентов (1) идет очень медленно, в течение 1,5-2 суток.

При добавлении микрокремнезема, размер частиц которого составляет 1-150 мкм, скорость реакции (1) резко возрастает и время взаимодействия реагентов составляет 20-30 мин.

Кроме того, добавление микрокремнезема способствует образованию необходимого фракционного состава шихты, а также образованию пленки, которая, высыхая, создает на поверхности комка гладкую корочку, удерживающую выделяющиеся газы внутри комка. Это способствует увеличению пористости и равномерному распределению пор в объеме окускованного материала.

Как следует из таблицы, по сравнению с прототипом использование микрокремнезема в составе шихты позволяет увеличить пористость (на 10%), получить окомкованную шихту высокой прочности (175-180 кг) брикет при 1200^оС), а также значительно сократить время образования окомкованного шихтового материала (до 20-30 мин).

Формула изобретения

ОКУСКОВАННАЯ ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ КРЕМНИЯ карботермическим восстановлением, включающая мелкодисперсные кремнезем- и углеродсодержащие вещества, натриевую щелочь и порошкообразный кремний, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит микрокремнезем при следующих соотношениях компонентов, мас.

Мелкодисперсное кремнеземсодержащее вещество 45 55 Мелкодисперсное углеродсодержащее вещество 30 35 Натриевая щелочь 5 8
Порошкообразный кремний 0,5 2
Микрокремнезем 7,5 12

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3