Термодинамический анализ взаимодействий между компонентами шихты в процессе получения металлургического кремния

PDF файл (Скачать)

№3-2022

https://doi.org/10.53939/15605655_2022_3_56

Дантаева А.З., Ибраев М.Б., Султамурат Г.И.

Аннотация. Рассмотрены теоретические основы процесса восстановления и технология выплавки кремния в дуговых электропечах. Изложены результаты исследования термодинамики, кинетики реагирования и механизмов процесса плавки. Освещены вопросы производства: шихтоподготовка, плавка, рафинирование, газоочистка. Разработаны, предложены и апробированы в промышленных условиях (ТОО «Tau-Ken-Temir») физико-химические модели карботермического процесса, позволившие оценить влияние задаваемых технологических параметров плавки (химический состав и загрузочные коэффициенты шихтовых компонентов, температура) на извлечение кремния и его сортность. Для получения базового материала – используется кремний металлургических марок, получаемый плавкой в рудно-термических печах (РТП). В связи с этим определены цель исследования, заключающаяся в исследовании путей повышения качества (химической чистоты) кремния, и методы ее достижения на данном этапе исследования – моделировании карботермического процесса получения кремния. В статье приведено описание основного механизма восстановления кремнезема в печи, представлена одна из конструкций печи и технологическая схема для производства кремния. Автором предложено изучить процесс получения металлургического кремния в РТП с помощью программного комплекса «HSC Chemistry», была сформирована модель выплавки кремния в РТП, которая адекватно описывает технологический процесс получения металлургического кремния.

Ключивые слова: кварц, древесный уголь, карбид кремния, кремнезем, руднотермический печь, термодинамическое моделирование, энергия Гиббса, физико-химическая модель.

Список литературы

1. Виды рафинирования кремния Попов А.А. 1, Бельский С.С. Переработка природного и техногенного сырья.Сборник научных трудов студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых Института металлургии и химической технологии им. С.Б. Леонова. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2016. с.46.
2. Технологический регламент по производству технического кремния ТОО «Tau-KenTemir».
3. Черняховский Л.В., Немчинова Н.В., Клёц В.Э. Применение окускования компонентов шихты при выплавке кремния // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. молодых специалистов и ученых алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (22-24 нояб. 1999 г., Санкт-Петербург). СПб, 1999. С. 48-49.
4.Оптимизация процесса карботермического получения кремния в электродуговых печах Л.В. Черняховский , М.Н. Рыбина. Переработка природного и техногенного сырья.Иркутск: Издво ИРНИТУ, 2016. с.189.
5. АрхиповС.В., ТупицынА.А., КатковО.М., РушЕ.А., СедыхИ.М. - Под. ред. Каткова О.М. Иркутск: Кремний, 1999. — 244 с.: ил.
6. Физико-химическое моделирование карботермического получения кремния высокой чистоты / Немчинова Н.В., Клёц В.Э., Вельский С.С. [и др.] // Современные проблемы науки и образования. М.: Академия естествознания, 2007. URL: http://www.science-ediication.ru/download /2007/03 /08.pdf. (дата обращения: 06.11.2008).
7. Немчинова Н.В., Клёц В.Э. Оптимизация карботермического процесса получения кремния в электродуговых печах // Цветные металлы. 2010. № 3. С. 98-102.
8. Nemchinova N, Kloytz V. Thermodynamic modeling of silicon smelting to improve its quality // Silicon for the Chemical and Solar Industry IX: proc. of the Intern. Scientific conf. (23-26 June 2008, Oslo -Nonvay). Trondheim, 2008. P. 25-36.
9. Катков О.М. Выплавка технического кремния : учеб. пособие / под ред. О.М. Каткова. – 2-е изд. – Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 1999. – 243 с. 10.Карпов И.К. Физико-химическое моделирование на ЭВМ в геохимии / под общ. ред. И.К. Карпова. – Новосибирск : Наука, 1981. – 247 с. 11. Электротермическое оборудование: Справочник / Под общ. ред. А. П. Альтгаузена, М. Я. Смелянского, М. С. Шевцова. М.: Энергия, 1967. -448 с.

References

1. Vidy` rafinirovaniya kremniya Popov A.A. 1, Bel`skij S.S. Pererabotka prirodnogo i tekhnogennogo sy`r`ya.Sbornik nauchny`kh trudov studentov, magistrantov, aspirantov i molody`kh ucheny`kh Instituta metallurgii i khimicheskoj tekhnologii im. S.B. Leonova. – Irkutsk: Izd-vo IRNITU, 2016. s.46.
2. Tekhnologicheskij reglament po proizvodstvu tekhnicheskogo kremniya TOO «Tau-KenTemir».
3. Chernyakhovskij L.V., Nemchinova N.V., Klyocz V.E`. Primenenie okuskovaniya komponentov shikhty` pri vy`plavke kremniya // Materialy` Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. molody`kh speczialistov i ucheny`kh alyuminievoj, magnievoj i e`lektrodnoj promy`shlennosti (22-24 noyab. 1999 g., Sankt-Peterburg). SPb, 1999. S. 48-49.
4.Optimizacziya proczessa karbotermicheskogo polucheniya kremniya v e`lektrodugovy`kh pechakh L.V. Chernyakhovskij , M.N. Ry`bina. Pererabotka prirodnogo i tekhnogennogo sy`r`ya.Irkutsk: Izdvo IRNITU, 2016. s.189.
5. ArkhipovS.V., Tupiczy`nA.A., KatkovO.M., RushE.A., Sedy`khI.M. - Pod. red. Katkova O.M. Irkutsk: Kremnij, 1999. — 244 s.: il.
6. Fiziko-khimicheskoe modelirovanie karbotermicheskogo polucheniya kremniya vy`sokoj chistoty` / Nemchinova N.V., Klyocz V.E`., Vel`skij S.S. [i dr.] // Sovremenny`e problemy` nauki i obrazovaniya. M.: Akademiya estestvoznaniya, 2007. URL: http://www.science-ediication.ru/download /2007/03 /08.pdf. (data obrashheniya: 06.11.2008).
7. Nemchinova N.V., Klyocz V.E`. Optimizacziya karbotermicheskogo proczessa polucheniya kremniya v e`lektrodugovy`kh pechakh // Czvetny`e metally`. 2010. № 3. S. 98-102.
8. Nemchinova N, Kloytz V. Thermodynamic modeling of silicon smelting to improve its quality // Silicon for the Chemical and Solar Industry IX: proc. of the Intern. Scientific conf. (23-26 June 2008, Oslo -Nonvay). Trondheim, 2008. P. 25-36.
9. Katkov O.M. Vy`plavka tekhnicheskogo kremniya : ucheb. posobie / pod red. O.M. Katkova. – 2-e izd. – Irkutsk : Izd-vo IrGTU, 1999. – 243 s. 10.Karpov I.K. Fiziko-khimicheskoe modelirovanie na E`VM v geokhimii / pod obshh. red. I.K. Karpova. – Novosibirsk : Nauka, 1981. – 247 s.
11. E`lektrotermicheskoe oborudovanie: Spravochnik / Pod obshh. red. A. P. Al`tgauzena, M. Ya. Smelyanskogo, M. S. Shevczova. M.: E`nergiya, 1967. -448 s.

Авторлар туралы мәліметтер
Дантаева А.З. - Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, Қарағанды, Қазақстан
Ибраев М.Б.- Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, Қарағанды қ., Қазақстан
Сұлтамұрат Г.И. - Бәйішев атындағы университет, Ақтөбе, Қазақстан

Сведения об авторах
Дантаева А.З. - Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан
Ибраев М.Б. - Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан
Сұлтамұрат Г.И. - Баишев Университет, г. Актобе, Казахстан

Information about the authors
Dantaeva A.Z.- Karaganda State Technical University, Karaganda, Kazakhstan
Ibraev M.B. - Karaganda State Technical University, Karaganda, Kazakhstan
Sultamurat G.I - Baishev University, Aktobe, Kazakhstan