Способ получения кремния в низкошахтной электропечи Советский патент 1989 года по МПК C01B33/02 

Изобретение относится к способам получения кремния.

Целью изобретения является повышение выхода продукта и снижение энергозатрат.

Способ осуществляют следующим образом.

Л р и м е р 1. В низкошахтную электропечь производительностью 25 т/ч кремния, снабженную тремя электродами, загружают 50 т/ч брикетов, состоящих из 30% (15 т/ч) спекающегося угля с содержанием углерода 85%, 32%, (16 т/ч) петролейного кокса с содержанием углерода 90% и 38% (19 т/ч) кварцевого песка с содержанием двуокиси кремния 99,82 а также 37,45 т/ч кускового кварца.

При этом брикеты содержат углерод в избытке, равном 80 мас.%, в пересчете на реакцию Si02+3C SiC+2CO, которая имеет место в верхней части печи, где шихту нагревают до 1500-1бОО С. В результате образования карбида кремния исходным брикетам сообщается подобная губке структура, которая поглощает восходящ из нижней части печи, где шихту нагревают до 1800-1900 С, газообразную моноокись кремния, так что она может вступать в реакцию с углеродом. При указанной температуре в нижней части печи имеют место реакции углерода с моноокисью и двуокисью кремния, а также реакция карбида кремния с двуокисью кремния. Образующуюся моноСО 4

00

ОГ)

04

окись углерода отводят из печи. Выход кремния составляет 95,4% при раходе электроэнергии, равном 10500 кВт ч/т кремния, и расходе электродов, равном 59 кг/т кремния.

Пример 2. Повторяют пример 1 с той разницей, что в нижней част печи поддерживают температуру 1900- 2000 С. Выход кремния составляет 95,5% при расходе электроэнергии, равном 10510 кВт ч/т кремния, и расходе электродов, равном 59,1 кг/т кремния.

Пример 3. Повторяют пример 1 с той разницей, что исйользуют бркеты, в которых спекающийся уголь содержит 88,5% углерода, а петролей ный кокс - 96% углерода. При этом брикеты содержат углерод в избытке, равном 90 мас.%, в пересчете на реакцию SiO +3C SiC+2CO. Выход кремния составляет 95,65% при расходе электроэнергии, равном 10485 кВтч/т кремния, и расходе электродов, равном 58,8 кг/т кремния.

Пример 4. Повторяют пример 1 с той разницей, что в печь загружают 45 т/ч брикетов, состоящих из 59,4% спекающегося угля с содержанием 85% углерода и 40,6% кварцевого песка с содержанием двуокиси кремния 99,8%, а также 38,15 т/ч кускового кварца. При этом брикеты содержат углерод в избытке 50 мас.% в пересчете на реакцию SiC+2CO.

Выход кремния составляет 92,8% при расходе электроэнергии, равном 10700 кВт.ч/т кремния и расходе электродов, равном 62 кг/т кремния.

Пример 5 (сравнительный). Повторяют пример 3 с той разницей, что исподьзуют брикеты, в которых спекающийся уголь содержит 88,6% углерода, а петролейный кокс - 97% углерода. При этом брикеты содержат углерод в избытке, равном 91 мас.%, в пересчете на реакцию . Выход кремния составляет 95,6% при расходе электроэнергии, равном 10490 кВт.ч/т кремния, и расходе электродов, равном 58,9 кг/т кремния.

Сравнение результатов примеров 3 и 5 свидетельствует о том, что

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

превышение верхнего предела избытка углерода не приводит к дальнейшему повышению положительного эффекта, а наоборот, наблюдается некоторое его снижение.

Пример 6 (сравнительный). Повторяют пример 4 с той разницей, что в печь загружают 45 т/ч брикетов, состоящих из 57,2% спекающегося угля с содержанием углерода 85% и 42,8% кварцевого песка с содержанием двуокиси кремния 98,8%, а также 37,33 т/ч кускового кварца. При этом брикеты содержат углерод в избытке 45 мас.% в пересчете на реакцию SiO,.,+3C SiC+2CO. Выход кремния составляет 82,6% при расходе электроэнергии, равном 11500 кВт.ч/т кремния, и расходе электродов,равном 98 кг/т кремния.

Сравнение результатов примеров 4 и 6 свидетельствует о том, что при осуществлении процесса в верхней части печи в присутствии избытка углерода в брикетах, меньшего заявленного предела, положительный эффект практически не достигается.

По способу-прототипу выход кремния составляет 76,7% при более высоком (на 8-14%) расходе электроэнергии и электродов.

Формула изобретения

Способ получения кремния в низкошахтной электропечи, включающий за-- грузку в печь брикетов, содержащих кварц и избыток углерода, и зернистого сырьевого кварца с последующим двухстадийным нагревом щихты, причем на первой стадии двуокись кремния брикетов подвергают взаимодействию с избытком углерода относительно реакции карбидообразования, а на второй стадии образовавшийся карбид кремния подвергают взаимодействию с сырьевым кварцем при 1800-2000 С, отличающий- с я тем, что, с целью повышения выхода продукта и снижения энергозатрат, первую стадию нагрева проводят при 1500-1600 С при избытке углерода в брикетах 50-90 мас.% в пересчете на реакцию карбидообразот вания.

Изобретение относится к способам получения кремния и позволяет повысить его выход и снизить расход электроэнергии. Способ предусматривает получение кремния в низкошахтной электропечи путем загрузки в печь брикетов из кварца и углерода и зернистого сырьевого кварца и двухстадийного нагревания шихты. На первой стадии в верхней части печи двуокись кремния брикетов подвергают взаимодействию с избыточным относительно реакции образования карбида кремния количеством углерода, при этом первую стадию проводят при 1500-1600°С при избытке углерода в брикетах, равном 50-90 мас. %, а на второй стадии образовавшийся на первой стадии карбид кремния подвергают взаимодействию с сырьевым кварцем при 1800-2000°С.