ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
MIXTURE FOR OBTAINING TECHNICAL SILICON

Область техники
Изобретение относится к области металлургии, в частности к электротермическому получению технического кремния.
Уровень техники
Технический кремний получают карботермическим восстановлением кварцита с помощью углеродистых восстановителей в электрических рудовосстановительных печах. В качестве восстановителей используют древесный и каменный угли, нефтяной кокс и древесную щепу (Елкин К.С., Зельберг Б.И. и др. Производство кремния. Справочник металлурга. СПб., МАНЭБ, 2013, 364 с.).
Известна шихта для выплавки кремния (SU 914499, С01В 33/02, заявлено 03.07.80), включающая нефтяной кокс, каменноугольный пек, целлолигнин и кремнезем при следующем соотношении компонентов, мас. %: нефтяной кокс 25-36, каменноугольный пек 5-18, целлолигнин 0,5-9 и кремнезем - остальное. Недостаток данного метода - низкая степень извлечения кремния при проведении восстановительной плавки.
Известна шихта для выплавки кремния (SU 1381902, С01В 33/02, заявлено 08.05.86), состоящая из, мас. %: нефтяного кокса 5-15, древесной щепы 15-40, древесного угля 1-15, полукокса 1-15 и кремнезема - остальное. Существенным недостатком данного технического решения является невысокое качество технического кремния, поскольку заявленный полукокс из длиннопламенных углей имеет высокое, до 7%, содержание золы.
Известна шихта для выплавки кремния (SU 1453797, С01В 33/02, заявлено 30.07.86), состава, мас. %: древесный уголь 1-15, древесная щепа 10-40, нефтекварцитовый кокс 10-48, кремнезем - остальное. Недостаток данного технологического решения состоит в том, что в отходящих газах содержится значительное количество диоксида углерода (до 1,9%), который окисляет кремний и снижает показатели восстановительной плавки.
Известна применяемая в составе шихты восстановительная смесь для выплавки кремния (SU 1719308, С01В 33/025, опубл. 15.03.92), которая содержит следующие компоненты, мас. %: древесный уголь 9-19, древесная щепа 40-45, нефтяной кокс 3-10, каменный уголь 15-22, каменный уголь, предварительно подвергнутый пиролизу при 650-750°С, 12-25. Недостатком этого технологического решения является недостаточное качество кремния за счет высокой зольности каменных углей.
Известен способ выплавки кремния в электрических руднотермических печах (RU патент №2151738, С01В 33/025, опубл. 27.06.2000), в котором в качестве шихты используется кварцит, древесная щепа, нефтяной кокс, древесный уголь, мелкодисперсный кремнезем и щелочное связующее, мелкодисперсный кремнезем в виде пыли электрофильтров газоочистки производства кремния, при следующем соотношении компонентов, мас. %: кварцит 35-45; древесная щепа 19-26; нефтяной кокс 11-15; древесный уголь 7-10; пыль электрофильтров газоочистки производства кремния 4,5-11; щелочное связующее 0,5-1,3, причем часть кремнезем-углеродсодержащей шихты представлена в виде предварительно сформованного материала в количестве 10-30% от массы шихты. При использовании мелкодисперсных кремнеземсодержащих материалов происходит нерегулируемая газификация кремнезема, что обуславливает недостатки выплавки кремния данным способом: низкая степень извлечения кремния при ведении восстановительной плавки за счет потери с отходящими газами промежуточного продукта восстановления, газообразного монооксида кремния - SiO и дополнительные затраты на формование материала из пыли газоочистки и щелочного связующего.
Известна шихта для производства кристаллического кремния (RU 2071939, С01В 33/025, опубл. 20.01.97), включающая следующие компоненты, мас. %: кварцит 47-50; древесный уголь 2-6,5; нефтяной кокс 3,0-5,0; продукт химической обработки полукокса каменного угля 9,0-15,0; древесная щепа 30,0-32,5. Недостатком данного изобретения является недостаточное качество кремния за счет высокой зольности полукокса каменных углей.
Наиболее близкой к заявляемой является шихта, состоящая из кварцита, древесного угля, нефтяного кокса, газового угля и древесной щепы (Марголин Е.В. Варющенков A.M. Электрический баланс выплавки кремния в мощных электропечах. Цветные металлы, 1983, №4, с. 47-48).
Недостатком применения шихты заявленного состава является невысокое качество кремния, повышенное содержание железа за счет высокой зольности полукокса каменных углей.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого технического решения является снижение расхода малозольного каменного угля на производство кремния, повышение качества технического кремния.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является снижение содержания железа в кремнии.
Технический результат достигается за счет того, что шихта для получения технического кремния, включающая кварцит, древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь, древесную щепу, дополнительно содержит брикет из полукокса бурого угля, прошедшего предварительную очистку от оксидов железа, при следующем соотношении компонентов шихты, мас. %:
Кварцит
53,4-55,2
Древесный уголь
4,7-5,1
Нефтяной кокс
3,3-3,7
Каменный уголь
9,2-19,4
Брикет из полукокса бурого угля
5,1-15,2
Древесная щепа
13,2-13,6
Полукокс бурого угля является восстановителем с высокой реакционной способностью, но наличие значительного количества оксидов железа в золе ограничивает его применение в производстве кремния. Для снижения содержания оксидов железа полукокс бурого угля подвергают очистке магнитной сепарацией, что позволяет в несколько раз снизить содержание оксида железа в золе полукокса и делает его конкурентоспособными с малозольными каменными углями.
Примеры осуществления способа
Пример 1. При выплавке технического кремния в руднотермической электрической печи в состав шихты вводили брикет из полукокса бурого угля, прошедшего предварительную очистку от оксидов железа. Содержание железа в кремнии составило 0,39%, при содержании железа в кремнии с использованием шихты по прототипу 0,42%.
В последующих примерах 2-6 изменяли соотношение компонентов при прочих равных условиях.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Использование брикетов из полукокса бурого угля в шихте для получения кремния снижает количество железа в кремнии. При увеличении количества брикетов в шихте, более 15,2% по массе, снижается содержание железа в кремнии незначительно, что объясняется снижением извлечения кремния и, следовательно, изменением количества примесей в кремнии.
Оптимальное количество брикетов из полукокса бурого угля соответствует соотношению компонентов в шихте, мас. %:
Кварцит
53,4-55,2
Древесный уголь
4,7-5,1
Нефтяной кокс
3,3-3,7
Каменный уголь
9,2-19,4
Брикет из полукокса бурого угля
5,1-15,2
Древесная щепа
13,2-13,6