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DE3009808A1 - Verfahren zur herstellung von silicium - und kohlenstoffhaltigen rohstoff-formlingen und verwendung der rohstoff-formlinge - Google Patents

Verfahren zur herstellung von silicium - und kohlenstoffhaltigen rohstoff-formlingen und verwendung der rohstoff-formlinge

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DE3009808A1
DE3009808A1 DE19803009808 DE3009808A DE3009808A1 DE 3009808 A1 DE3009808 A1 DE 3009808A1 DE 19803009808 DE19803009808 DE 19803009808 DE 3009808 A DE3009808 A DE 3009808A DE 3009808 A1 DE3009808 A1 DE 3009808A1
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Gert-Wilhelm Dipl.-Chem.Dr.rer.nat. 6631 Berus Lask
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Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen Iß
Die Erfindung bezieht sich gattungsgeroäß auf ein Verfahren zur Herstellung von silicium- und kohlenstoffhaltigen Rohstoff-Formlingen für die Erzeugung von Silicium oder Siliciumlegierungen, insbesondere Ferroniliciuirdegierungen, im Elektroofen, wobei ein feinkörniger Siliciurr.träger mit feinkörniger Kohle gemischt und die Mischung brikettiert wird. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf die Verwendung der so hergestellten Eohstcff-Fornilinge für den angegebenen Zweck. - Siliciuir.träger bezeichnet im Rahmen der Erfindung SiC^-Tr^ger, z. B. Sand, gemahlenen Quarzit und dergleichen. Die Elektroöfen, in denen die Erzeugung des Silicium oder der Siliciur.lenierungen erfolgt, sind im allgemeinen Elektroniederschachtofen, obwohl auch mit anderen Elektroöfen gearbeitet werden kann*
Im Rahmen der au3 der Praxis bekannten I'aßnahraen der beschriebenen Gattung wird der Mischung zusätzlich ein bituminöses Bindarrdttel, z. E. Steinkohlentesrpech, beigegeben. Die Brikettierung ist folglich eine Bindend tte!brikettierung. Die so hergestellten Rohstoff-Fcrrclingen verfließen in dem Elektroofen, in den die Erzeugung des Silic.ums bzw. der Siliciumlegierung durchgeführt wird. Im Rahmen der bekannten Ma2nahmen ist es auch bekannt, die Brikettierung binde'sittellos im kalten Zustand unter hohen Drücken durchzuführen. Die so hergestellten Rohstoff-Formlinge zerfallen im Elektroofen. In der Praxis ist daher die Verwendung von Rohstoff-Formungen, die in der beschriebenen Weise hergestellt worden sind, für die Erzeugung von Silicium oder Siliciuralegierungen im Elektroofen nicht bekannt geworden. - Im einzelnen ist zum Stand der Technik und zu den bestehenden Problemen folgendes vorzutragen:
Die Erzeugung von Silicium und Siliciuralegierungen aus SiO,, eingesetzt in Form von Sand oder aufbereiteten Quarziten, erfolgt hautsächlich im Elektroofen, und zwar unter Verwendung
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von beigemischten KohlenstofftrSgern wie Koks, Petrolkoks, Kohle, Holzkohle, Holz, Sägemehl und dergleichen. In der Praxis liegt eine große fcahl von Rezepturen vor, die von den einzelnen Herstellern weitgehend gehei;.;gahalten werden. Das ist ein sicherer Anhaltspunkt dafür, daß nach empirischen Gesichtspunkten gearbeitet wird und die Vorbereitung des Einsatzes für den Elektroofen nicht nach exakten, physikalisch-chemischen Gesichtspunkten durchgeführt warden kann. Betrachtet man die Reduktion von EiO2 ciit Kohlenstoff zunächst als eine Feststoff/ Feststoff-Reaktion, so kann ican für den ersten Schritt zum SiO eine Diffusion als geschvindigkeitsbestiir.jr.ende Reaktion ansetzen. Das casfomige SiO reagiert in Folgeschritt mit dem Kohlenstoff der näheren Usigehung, hn.i aber auch durch Lücken im Haufwerk des Ofenbesatzes entweichen und in kälteren Teilen des Ofens kondensieren. Jedenfalls erfordern beide Eeaktionsschritte einen engen Kontakt von SiO- einerseits und Reduktionsmittel andererseits. Daher werden beide Ausgangsstoffe in feiner Aufzahlung homogen miteinander vermischt. Im Elektroofen sind aber staubförmige Güter nur schlecht zu handhaben, so daß der Aufinahlung und Homogenisierung eine Konpaktierung folgt. Das bringt die schon beschriebenen Probleme. Im übrigen 1st auch versucht worden, die Mischung in klassischen Kammer-Öfen in entsprechende Kokse umzuwandeln. Dieses gelingt nicht, weil diG Eackfiihiglceit dar besten Fettkohle auch bei Zusatz von Pschen nicht ausreicht, mehr als 20 % der SiliciurctrSger fest irr. Kohlenstoffgerüst des Kokses zu binden, - wo jedoch aua s fcöchionetrischen Grür.den 60 bis 70 % Siliciuciträger notwendig sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattx^igsgenäße Verfahren so zu führen, daß Rohstoff-Formlinge entstehen, die im Elektroofen allen Anforderungen gewachsen
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BAD ORIGiNAL
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
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sind, und zwar in bezug auf Standfestigkeit, Stromführung, Reduktionsverhalten und Stßchioxnetrie.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der feinkörnige Siliciupiträger mit eine:n Anteil an backender Kohle getischt und die Mischung bei einer Temperatur von etwa 350 bia 55O°C wie bei der Eeißbrikettierung von Steinkohle zu den Rohstoff-Forr.lingen gefcrrt wird. Nach bevorzugter Ausführungsfonc der Erfindung wird die Mischung zu P.oh3toff-Forr.lingen mit einem Gv'.'icht von 10 bis ICO g, vorzugsweise 20 bis 60 g, gsferrt. In 1"^h:: Ti der Erfinciv-yj lassen sich ohne weiteres die stSchior:.r.tri3chen Gz~1A--c:-h-HitQn berücksichtigen, die die Reduktion bsi"· err sch on. In dic->f r 2uaar.: erhäng erpfiehlt es sich, die Mischung so susaisnenzuiiatzen, daß ä«r Kohlenstoffgehalt aller KchlenstofftrrJ^ir etva 40 r-'t.richtsprozent des in dem Siliciunrcräger enthaltenen OiO3 ausmacht. Eine bewährte Verfahr ^r. 3 vei se i3t dadurch reksn^triclinet, da-5 etva 60 bis 70 Gewichtsprozent Slliciunträger, etwa 2C - 30 Gewichtsprozent bac3csr.de Kehle und et\ra. 10 bis 20 Gevich-iajrrozent andere Kohlenstoffträgsr, wie nichtbacker.de Kohle uiid/oder Kokse und/oder Petrolkoks und/oder organische Verbindungen, gemischt und diese Mischung in der beschriebenen Weise heißbrikettiert wird«
überraschenderweise können im Rahmen des erfinöungsgemäSen Verfahrens Siliciumträger iaid tackende Kohle so brikettiert werden, daß der zur TtediJction potvendtg1=? Kohlenstoff la Brikett vorhanden ist. Er stasrat aus dar Laclckohle und, wenn dieses Angebot nicht ausreicht, aus weiteren Kohlenstoffträgern, die nach Swecki-äßigkeit ausgewählt werden.
Bei der Berechnung der Zusammensetzung der Briketts geht ni*n an besten vom stöciiiorsetrischen Ansatz aus:
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.,.,.., , . BAD 0RH3INAL
Andrejewski, Honke & Partner, Patenfanwäife in Essen
SiO2 + 2C —> Si + CD
60 + 24 ■ 28 + 56 oder 1000 kg SiO2 benötigen 400 kg C oder 71,4 kg SiO2 benötigen 28,6 kg C oder 2,5 kg SiO2 benötigen 1.0 kg C
Es ist bekannt, daß bei der Brikettierung bezüglich des Binde-Eiittelverbanäes die äußera Oberfläche des zu brikettierenden Gutes eine wesentliche Rolle spielt. Diese Oberfläche hängt in ihrer Gesamtheit vom Körnungsimfbau und der Mikostruktor der Kornoberflächen ab. Die innere Oberfläche der Körner kann in dan meisten Fällen vernachlässigt werden. Aus dieser Kenntnis resultiert, das bei gegebener ähnlicher Körnung und Oberflächenstruktir für verschiedene zu brikettierende Güter das gleiche Bindemittelvolumon benötigt wird* Rechnet man auf die Massenanteiie um, nirait im Gemisch der Anteil des Bindemittels mit steigender spez. Masse des zu brikettierenden Gutes ab. Wird der Kohlenstoffträger im Eeißbrlkett, auch Forckoks genannt, durch Quarz ersetzt, steigt die spez. Hasse des zu brikettierenden Gutes von 1,2-1,5 auf 2,65 g/cia an. Das führt dazu, daß der notwendige Bindend, t te !anteil von 30 _ 3 % auf 22 _ 3 % gesenkt werden kann. Je nach Ballast und Gehalt an flüchtigen Bestandteilen der verwendeten Bindekohle verbleibt nach der Heißbrikattlerung ein Kohlenstoffanteil von rund 16,5 _ 2 %. ÄU3 der stöchio&etrischen Berechnung geht hervor, daß dieser Kohlenstoffanteil zu niedrig ist. Die Steigerung kann durch Erhöhung des Anteils BindeJiohle oder durch Zugabe weiterer nichtbackender Kohlenstoffträger wie Anthrazit, Petrolkoks, Schwelkoks oder iloch temper a turkoks erfolgen, die alle anstelle des Quarzes ins Gemisch hereingenommen werden. Werden nichtbackende Kohlenstoffträger eingesetzt, muß aus oben erwähnten Gründen auch eine angemaßte Erhöhung der Bindekohle durchge-
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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwähe in Essen /
führt werden.
1. Beispielt
63.5 Hasseteile Sand +36.5 Masseteile Backkohle. Bei 70 % Kohlenstoffausbeute aus der Kohle ergibt sich das Verhältnis:
63.5 Masseteile Sand ·»· 25.55 Masseteile Kohlenstoff oder 1000 kg Sand zu 402 kg Kohlenstoff.
Das Ergebnis entspricht dar stiischicinetrischen Rechnung. In der betriebenen Praxis wird r.an im ar.gestrebt-an Verhältnis noch berücksichtigt v/erden, daß cie Kohlen:·;sehe rund 50 % EiO, eitthäit, das ebenfalls reduziert wird und entsprechend Kohlenstoff braucht.
2. Eeis-Diel:
66 Masseteile Sand + 12 Masseteile Petrolkoks + 22 % i'asseteile Backkohle. Dis Köhlerctoffau.DLiv.te d-: ο Fetrclkcksss betragt 90 %, die der Kohle 70 %. 66 Teile Sand + (10,8 + 15,4) Teile Kohlenstoff oder 1000 kg Sand + 397 kg C.
Das Ergebnis entspricht knapp den stöchlometrischen Rechnungen. Auch hier r.uß eine Korrektur vorgenommen werden, die die Asche der Backkohle berücksichtigt.
Die Beispiele zeigen, daß brikettierseitig die Forderungen der Reduktion an das Kohlenstoffangebot erfüllt werden können, so daß keine Hindernisse bei der Verwendung von Heißbriketts
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Andrejewski, Honlce & Partner, Patentanwälte in Essen
im Elektroofen zur Erzeugung von Si- und Si-Legierungen zu erwarten sind.
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Claims (5)

3009808 Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 10 02 55 056/En- 20. Februar 1980 Patentanmeldung COC-LUXEMBOÜRG S.A. 3-5 Place VTinston Churchill L - Luxembourg Verfahren zur Herstellung von silicium- und kohlenstoffhaltigen P.ohstoff-Formlingen und Verwendung der Rohstoff-Formlinge Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von silicium- und kohlenstoffhaltigen Rohstoff-Formungen für die Erzeugung von Silicium oder Siliciuiülegierungen, insbesondere Ferrosiliciuialegierungen/ ia Elektroofen, wobei ein feinkörniger Siliciumträger mit feinkörniger Kohle gemischt und die Mischung brikettiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der feinkörnige Siliciumträger mit einem Anteil an backender Kohle genischt und die Mischung bei einer Temperatur von etx*a 350 bis 55O°C wie bei der Eeißbrifcettierung von Steinkohlen zu den Rohstoff-Formungen geformt wird.
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BAD ORK31NAL
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zu Rohstoff-Fonalingen mit einem Gewicht von 10 bis 100 g, vorzugsweise 20 bi3 60 g, brikettiert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 60 bis 70 Gewichtsprozent SiliciumtrSger. etwa 20 - 30 Gewichtsprozent backende Kohle und etwa 10 bis Gewichtsprozent andere Kohlenstoffträger, wie nichtbackende Kohle und/oder Ko:-;ae und/oder Petrolkoks und/oder organische Verbindungen, gemischt und diese Mischung heißbrikettiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung so zusammengesetzt wird, daß der Kohlenstoffgehalt aller Kohlenstoffträger etwa 40 Gewichtsprozent des im Siliciumträger enthaltenen SiO, ausmacht.
5. Verwendung von Rohstoff-Formungen, die nach dein Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt worden sind, für die Erzeugung von Silicium oder Siliciuirtlegierungen, insbesondere für die Erzeugung von Ferrosiliciumlegierungen, im Elektroofen.
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DE3009808A 1980-03-14 1980-03-14 Verfahren zur Herstellung von silicium- und kohlenstoffhaltigen Rohstoff-Formlingen und Verwendung der Rohstoff-Formlinge Expired DE3009808C2 (de)

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