РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАВКИ ОКУСКОВАННОЙ ШИХТЫ ИЗ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КРЕМНИЯ

Производство кремния в руднотермических печах (РТП) карботермическим восстановлением кварцитов сопровождается образованием больших объемов пылевых выбросов, которые содержат значительное количество ценного кремнезема (в среднем 86 %). В   связи с этим работы, посвященные расширению сырьевой базы за счет возврата этого техногенного сырья в технологический процесс, являются актуальными. Для использования в процессе выплавки кремния в РТП собираемой газоочистным оборудованием пыли, состоящей из частиц крупностью 120  мкм с преобладающей фракцией +20 – 50 мкм, необходимо применять ее предварительное окускование (для  предотвращения возможного ее уноса из реакционной зоны технологическими газами). Поскольку при транспортировке и загрузке в  РТП шихта, в том числе и окускованная, должна обладать достаточной прочностью, как связующее предложено использовать жидкое стекло с  добавкой в качестве упрочняющего реагента пыли электрофильтров алюминиевого производства, содержащей смолистые вещества (полиароматические углеводороды). По результатам проведенных испытаний на прочность образцов окускованной шихты рекомендовано следующее соотношение компонентов в шихте: 24 – 27 % пыли кремниевого производства; 51 – 53 % углеродистого восстановителя (смеси нефтекокса и древесного угля в соотношении 1:1); 4 – 5 % отсева мелкофракционного кремния; 14 – 15 % связующего (жидкое стекло и пыль электрофильтров алюминиевого производства в соотношении 4:1) (по массе). При таком составе шихты коэффициент сопротивления сбрасыванию составил в среднем 82,5 %. В результате изучения физико-химических характеристик окускованных композиций, полученных по предлагаемой методике, установлено, что они обладают пористой структурой (45,5 %) для формирования у материала хорошо развитой активной поверхности и кажущейся плотностью (1100 кг/см3), что позволяет предполагать работу РТП в стабильном режиме при использовании окускованной шихты данного компонентного состава. Проведенные в высокотемпературной печи типа HTF 17/10 экспериментальные плавки с получением продукта, содержащего более 44 % (по массе) карбида кремния как обязательного промежуточного соединения в карботермическом процессе, позволяют рекомендовать окускованную по предлагаемой методике шихту при выбранном соотношении компонентов для использования в качестве добавки к основной (кусковой) шихте при производстве кремния карботермическим способом. 

1. Nosov S.K., Roshchin A.V., Roshchin V.E., Chernyakhovskii B.P. Theoretical basis, modern technologies, and innovations of ferrous metallurgy // Russian Metallurgy (Metally). 2012. Vol. 2012. No. 12. P. 1007 – 1013.

2. Holappa L. Toward sustainability in ferroalloys production. – In book: Proceeding of the Twelfth Intern. Ferroalloys Congress. June 6 – 9. – Finland, Helsinki, 2010. P. 1 – 10.

3. Nakajima K., Matsubae-Yokoyama K., Nakamura S., Itoh S., Nagasaka T. Substance flow analysis of zinc associated with iron and steel cycle in Japan, and environmental assessment of EAF dust recycling process // ISIJ International. 2008. Vol. 48. No. 10. P. 1478 – 1483.

4. Минеев Г.Г., Минеева Т.С., Жучков И.А., Зелинская Е.В. Теория металлургических процессов. – Иркутск: изд. ИрГТУ, 2010. – 524 с.

5. Holappa L., Xiao Y. Slags in ferroalloys production – review of present knowledge // The Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. August. Р. 429 – 438.

6. Комплексное устойчивое управление отходами. Металлургическая промышленность: учебное пособие / Н.В. Немчинова, Л.В. Шумилова, С.П. Салхофер, К.К. Размахнин, О.В. Чернова. – М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2016. – 494 с.

7. Peng, Z., Gregurek, D., Wenzl C. Extractive Metallurgy: Efficiency and Eco-friendliness. 2016. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://doi.org/10.1007/s11837-015-1743-7 (дата обращения 21.10.2017).

8. Куликов Б.П., Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства. – Красноярск: ООО «Классик Центр», 2004. – 480 с.

9. Kumar M., Senapati B., Kumar C. Management of Industrial Waste: The Case of Effective Utilization of Red Mud and FlyAsh at Vedanta Aluminium Limited - Lanjigarh // Light Metals. 2013. Р. 119 – 124.

10. Полях О.А., Руднева В.В., Якушевич Н.Ф., Галевский Г.В., Аникин А.Е. Применение техногенных отходов металлургических предприятий для производства карбида кремния // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 8. С. 5 – 12.

11. Hesse K., Schindlbeck E., Freiheit H.-C. Challenges of solar silicon production. – Silicon for the Chemical And Solar Industry IX: Proceeding of the Intern. Conf. June 23 – 26. – Norway, Oslo, 2008. P. 61 – 67.

12. Критская Т.В., Шварцман Л.Я., Немчинова Н.В. Промышленные методы получения и особенности свойств кремния для фотовольтаики // Изв. вуз. Прикладная химия и биотехнология. 2014. № 4. С. 41 – 49.

13. Andresen B. The metallurgical silicon process revisited. – In book: Silicon for the Chemical And Solar Industry X: Proceeding of the Intern. Øye, H.F., Brekken, H., Nygaard, L. (Eds).Conf. June 28 – July 02. – Norway, Ålesund – Geiranger, 2010. P. 11 – 23.

14. Ringdalen E., Tangstad M. Reaction Mechanisms in Carbothermic Production of Silicon, Study of Selected Reactions. – The Minerals, Metals & Materials Society (TMS), 2012. P. 195 – 203.

15. Vangskåsen J. Metal-producing Mechanisms in the Carbothermic Silicon Process. 2012. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://daim.idi.ntnu.no/masteroppgaver/007/7167/masteroppgave. pdf (дата обращения: 21.10.2017.).

16. Гасик М.И., Гасик М.М. Электротермия кремния. – Днепропетровск: Нац. металлур. акад. Украины, 2011. – 487 с.

17. Gasik M. Handbook of Ferroalloys: Theory and Technology. – Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. – 536 p.

18. Катков О.М. Выплавка технического кремния: учеб. пособие. – Иркутск: изд. ИрГТУ, 1999. – 243 с.

19. Немчинова Н.В., Клец В.Э., Черняховский Л.В. Силикаты натрия как связующее для брикетов в производстве кремния // Изв. вуз. Цветная металлургия. 1999. № 2. С. 14 – 18.

20. Павловец В.М. Расширение функциональных возможностей агрегатов для подготовки железорудного сырья к металлургической плавке. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2016. – 373 с.

21. Харитоненко А.А., Гахов П.Ф. Оборудование фабрик окускования. – Липецк: изд. ЛГТУ, 2014. – 132 c.

22. Рысс М.А. Производство ферросплавов. – М.: Металлургия, 1985. – 344 с.

23. Струнский Б.М. Расчеты руднотермических печей. – М.: Металлургия, 1982. – 192 с.

24. Пат. 2333889 РФ. Шихта для производства чистого кремния / И.Г. Альперович, Л.И. Репина, И.В. Сергеева, Д.П. Финберг; заявл. 18.08.2006; опубл. 20.09.2008. Бюл. № 26.

25. Немчинова Н.В., Леонова М.С., Тютрин А.А. Экспериментальные работы по плавке окомкованной шихты в производстве кремния // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 1. С. 209 – 217.

26. Якушевич Н.Ф., Галевский Г.В., Коврова О.А. Схема механизма физико-химического взаимодействия углеродотермического восстановления оксида кремния до карбида в печи Ачесона. – В кн.: Проблемы рудной электротермии: докл. научн.-техн. совещания. – СПб.: изд. СПбТИ, 1996. С. 33 – 37.