ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЧИСТОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
CHARGE FOR MELTING FINE METAL SILICON

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии получения металлического кремния как исходного сырья для получения «солнечного» кремния.
По существующей в России и за рубежом технологии изготовления металлического кремния в рудно-термической печи используют шихту, состоящую в основном из двуокиси кремния - кварцита (кристаллической формы кремнезема) и углеродсодержащей восстановительной смеси. Наиболее распространенным промышленным способом подготовки шихтовых материалов к плавке является их дробление до крупности 60 мм с последующим отсевом мелких (5-10 мм) фракций (Венгин С.И. и Чистяков А.С. Технический кремний. М.: Металлургия, 1972, с.28-29). Основным недостатком такого способа является низкая степень чистоты и низкая реакционная способность получаемой шихты. Электроплавка кремния сопровождается высокими потерями оксида кремния с отходящими газами, что приводит к снижению извлечения кремния (до 60%) и повышению удельного расхода электроэнергии.
Известен способ подготовки шихты для выплавки металлического кремния (патент РФ №2042721, С22В 5/02, С01В 33/02, 1992 г. и патент РФ №2049057, С01В 33/02, 1993 г.), согласно которому двуокись кремния кристаллической формы и углеродистый восстановитель дробят, механически смешивают компоненты в стехиометрическом соотношении, окусковывают с помощью связующего, в качестве которого используют жидкое стекло, при следующем соотношении компонентов в мас.%: элементарный металлический кремний 1-6,0, жидкое стекло 12-20,0, стехиометрическая смесь кремнийсодержащего материала и углеродистого восстановителя 74-87,0. Низкая степень чистоты жидкого стекла не позволяет получать кремний высокой степени чистоты.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является состав окускованной шихты (патент РФ №2228376, С22В 1/24, С22С 33/04 2002 г.), в состав которой входят в мас.%: мелкодисперсное кремнеземсодержащее вещество 45-55,0, мелкодисперсное углеродсодержащее вещество 30-35,0 натриевая щелочь 5-8,0, порошкообразный металлический кремний 0,5-2,0 и микрокремнезем 7,5-12,0. Недостатками известного состава шихты является низкая реакционная способность и низкая чистота получаемого кремния.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение выхода кремния с повышенной химической чистотой, пригодного для получения солнечного кремния, как в руднотермических печах, так и в высокотемпературных печах «кипящего» слоя.
Технический результат достигается тем, что шихта для выплавки чистого металлического кремния, содержащая двуокись кремния и углеродсодержащий восстановитель, содержит двуокись кремния в виде аморфной двуокиси кремния, в качестве углеродсодержащего восстановителя - сажу и дополнительно - гель кремниевой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
аморфная двуокись кремния
36-44
гель кремневой кислоты
9-17
сажа
47-55
-3
-3
3
Шихту готовят следующим образом: аморфную двуокись кремния о суммой примесей не более 1*10 мас.% смешивают в соотношении 1:1,5 с углеродным восстановителем (сажа), получаемым методом разложения углеродсодержащего газа, например метана. Смешивание компонентов с одновременным измельчением происходит в шаровой мельнице, футерованной чистым кварцевым стеклом с суммой примесей не более 1*10 мас.%. Шары состоят тоже из чистого кварцевого стекла. Процесс смешивания ведут с добавлением дистиллированной воды при следующем соотношении материалов - аморфная двуокись кремния: углеродный восстановитель:вода=1:1,5:0,2. В процессе помола за счет химико-динамических процессов образуется суспензия, состоящая из двуокиси кремния, углерода и геля кремневой кислоты с плотностью 1,85-1,95 г/см. Готовая суспензия выливается в формы, в которых происходит первичное удаление избыточной влаги. Приготовление шихты завершается изготовлением гранул или брикетов различной формы (цилиндры, шары), которые сушат и обжигают при температуре 900-1200°С для придания гранулам (брикетам) необходимой прочности. В случае использования печи с «кипящим» слоем в среде углеродсодержащего газа гранулы (брикеты) дробят до размера частиц менее 100 микрон.