ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕХНОГЕННОГО МИКРОКРЕМНЕЗЕМА С БУРОУГОЛЬНЫМ ПОЛУКОКСОМ

Проведено термодинамическое моделирование высокотемпературных взаимодействий микрокремнезема и буроугольного полукокса. Расчет равновесных составов систем Si – O – C и Si – O – C – H проводился «константным» методом с использованием программы компьютерного моделирования высокотемпературных химических взаимодействий PLASMA. Установлено, что в обеих системах процесс карбидообразования является доминирующим. При стехиометрическом составе шихты максимальное содержание в продуктах восстановления карбида кремния достигается при температуре 1700 К, а при 10 %-м недостатке углерода – при 1900 К. Введение в систему водорода фактически не влияет на процесс карбидообразования, что обусловлено низким (менее 0,001 моль) содержанием углеводородов и углеводородных радикалов в газовой фазе при температурах карбидообразования. В системе Si – O – C равновесная степень превращения кремния в карбид не превышает 0,97, что соответствует содержанию монооксида кремния в газовой фазе 0,02 моль, вследствие чего из шихты стехиометрического состава (SiO2 + 3C) получить однофазный, не содержащий свободный углерод, карбид кремния невозможно. Этого можно избежать при использовании шихты с некоторым (примерно 10 %) недостатком углерода-восстановителя.

1. Galevskii G.V., Protopopov E.V., Temlyantsev M.V. Use of technogeneous metallurgical waste in the technology of silicon carbide. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2014, no. 4, pp. 103–110. (In Russ.).

2. Anikin A.E., Galevskii G.V. Brown-coal semi-coke of Beresovskiy deposit of Kansk-Achinsk basin: production, properties, usage. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial’nogo universiteta. 2014, no. 3, pp. 52–59. (In Russ.).

3. Yakushevich N.F. Vzaimodeistvie ugleroda s oksidami kal’tsiya, kremniya, alyuminiya [Interaction of carbon with oxides of calcium, silicon, aluminum]. Novokuznetsk: izd. SibGIU, 1999. 250 p. (In Russ.).

4. Zel’berg B.I., Chernykh A.E., Elkin K.S. Shikhta dlya elektrotermicheskogo proizvodstva kremniya [Charge for electroheat silicon production]. Chelyabinsk: Metall, 1994. 320 p. (In Russ.).

5. Garshin A.P., Shumyacher V.M., Pushkarev O.I. Abrazivy i materialy konstruktsionnogo naznacheniya na osnove karbida kremniya [Abrasives and materials of constructional materials on the basis of silicon carbide]. Volgograd: izd. VolGASU, 2008. 189 p. (In Russ.).

6. Porada A.N., Gasik M.I. Elektrotermiya neorganicheskikh materialov [Electrothermics of inorganic materials]. Moscow: Metallurgiya, 1990. 232 p. (In Russ.).

7. Zubov V.L., Gasik M.I. Elektrometallurgiya ferrosilitsiya [Electrometallurgy of ferrosilicon]. Dnepropetrovsk: Sistemnye tekhnologii, 2002. 704 p. (In Russ.).

8. Suris A.L. Termodinamika vysokotemperaturnykh protsessov [Thermodynamics of high-temperature processes]. Moscow: Metallurgiya, 1985. 568 p. (In Russ.).

9. JANAF Thermochemical tabls. Wash.: Gov. print. off, 1966–1975.