RU2703084C1 - Method of producing technical silicon - Google Patents
Method of producing technical silicon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703084C1 RU2703084C1 RU2019120208A RU2019120208A RU2703084C1 RU 2703084 C1 RU2703084 C1 RU 2703084C1 RU 2019120208 A RU2019120208 A RU 2019120208A RU 2019120208 A RU2019120208 A RU 2019120208A RU 2703084 C1 RU2703084 C1 RU 2703084C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- dust
- charge
- production
- pelletized
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 claims description 10
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 13
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 31
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 14
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 2
- 235000019351 sodium silicates Nutrition 0.000 description 2
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 2
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000011027 product recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
- C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
- C22B1/24—Binding; Briquetting ; Granulating
- C22B1/242—Binding; Briquetting ; Granulating with binders
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
- C22B7/02—Working-up flue dust
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения технического кремния с вовлечением в процесс отходов алюминиевого и кремниевого производств, содержащих пыль системы газоочистки алюминиевого производства, пыль газоочистки кремниевого производства.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to a method for producing technical silicon involving aluminum and silicon production wastes containing dust from a gas cleaning system of aluminum production, dust from a gas cleaning of silicon production.
Заявляемое изобретение может быть отнесено к приоритетному направлению развития науки и технологий РФ «Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов».The claimed invention can be attributed to the priority area of development of science and technology of the Russian Federation "Technologies for the processing and disposal of technogenic formations and wastes."
На сегодняшний день существует серьезная проблема переработки больших объемов твердых отходов, образующихся при производстве алюминия и кремния. Так, например, в ПАО «РУСАЛ Братск алюминиевый завод» в г. Братск ежегодно образуется около 40 тыс. тонн твердых отходов, из которых порядка 30% приходится на долю пыли электрофильтров. Что касается производства кремния, то на АО «Кремний» компании РУСАЛ (г. Шелехов) образуется от 300 до 900 тонн в год пыли электрофильтров.Today, there is a serious problem of processing large volumes of solid waste generated in the production of aluminum and silicon. For example, in PJSC RUSAL Bratsk Aluminum Plant in Bratsk about 40 thousand tons of solid waste are generated annually, of which about 30% is dust from electrostatic precipitators. As for the production of silicon, then RUSAL (Shelekhov) produces from 300 to 900 tons per year of dust from electrostatic precipitators at JSC Silicon.
Поэтому вопросы вовлечения указанных отходов в технологические процессы, позволяющие их перерабатывать и повышать тем самым эффективность действующих производств, являются актуальными.Therefore, the issues of involving these wastes in technological processes that allow them to be recycled and thereby increase the efficiency of existing facilities are relevant.
Из уровня техники известен способ получения брикетов из фторуглеродсодержащих отходов (RU №2497958, МПК С22В 7/00, С22В 1/243, опубликовано 10.11.2013), согласно которому фторуглеродсодержащие отходы электролитического производства алюминия, представленные хвостами флотации угольной пены и отходами газоочистки, смешивают и брикетируют полученную смесь, причем в качестве связующего используется шлам и/или пыль газоочистки, а полученные брикеты подвергают термообработке при температуре 200-400°С и последующему охлаждению.The prior art method for producing briquettes from fluorocarbon-containing waste (RU No. 2497958, MPK С22В 7/00, С22В 1/243, published November 10, 2013), according to which fluorocarbon-containing wastes of electrolytic aluminum production, represented by flotation tailings of coal foam and gas-cleaning wastes, are mixed and the resulting mixture is briquetted, the sludge and / or gas cleaning dust being used as a binder, and the resulting briquettes are subjected to heat treatment at a temperature of 200-400 ° C and subsequent cooling.
Общим признаком заявляемого изобретения с аналогом является операция смешивания компонентов, а также использование в качестве связующего пыли газоочистки алюминиевого производства.A common feature of the claimed invention with an analogue is the operation of mixing the components, as well as the use of a gas purification of aluminum production as a binder dust.
Недостатком аналога является то, что при его реализации не вовлекаются в переработку такие отходы как пыль системы газоочистки кремниевого производства. Также к недостатку аналога следует отнести значительные затраты на приготовление брикетирования шихты.The disadvantage of the analogue is that during its implementation such waste as dust from a gas purification system of silicon production is not involved in processing. Also, the disadvantage of the analogue should include significant costs for the preparation of briquetting of the mixture.
Известен способ приготовления брикетированной смеси для получения технического кремния (RU №2036144, МПК С01В 33/025, опубликовано 27.05.1995), по которому осуществляют смешение кремнеземсодержащего сырья, кварцевого песка и лигнина, их брикетирование, причем на смешение дополнительно подают нефтяной кокс, который предварительно измельчают до крупности 3 мм, гидролизный лигнин обезвоживают до влажности 12-15% и производят брикетирование.There is a method of preparing a briquetted mixture to obtain technical silicon (RU No. 2036144, IPC СВВ 33/025, published May 27, 1995), by which silica-containing raw materials, silica sand and lignin are mixed, briquetted, and petroleum coke is additionally fed to the mixture, which pre-crushed to a particle size of 3 mm, the hydrolysis lignin is dehydrated to a moisture content of 12-15% and briquetted.
Общим признаком заявляемого изобретения с аналогом является операция смешивания компонентов.A common feature of the claimed invention with an analogue is the operation of mixing the components.
Недостатком аналога является то, что при его реализации не вовлекаются в переработку такие отходы как пыль системы газоочистки кремниевого производства. Из-за высокого содержания летучих компонентов в брикетах, полученных из брикетированной смеси, часть кремнийсодержащего сырья в виде тонкодисперсной фракции не участвует в технологическом процессе и уносится из шихты с технологическими газами, что уменьшает реакционную способность углеродного восстановителя и снижает качество получаемого металлического кремния из рудного сырья.The disadvantage of the analogue is that during its implementation such waste as dust from a gas purification system of silicon production is not involved in processing. Due to the high content of volatile components in the briquettes obtained from the briquetted mixture, part of the silicon-containing raw materials in the form of a finely dispersed fraction is not involved in the process and is carried away from the charge with process gases, which reduces the reactivity of the carbon reducing agent and reduces the quality of the obtained metal silicon from ore raw materials .
Также к недостатку аналога следует отнести значительные затраты на приготовление брикетирования шихты.Also, the disadvantage of the analogue should include significant costs for the preparation of briquetting of the mixture.
Известен также способ переработки углеродистого шлама, выводимого из системы электролитического получения алюминия (RU №2167210, МПК С22В 7/00, C01F 7/38, опубликовано 20.05.2001), по которому хвосты флотации угольной пены, пыль и шламы газоочистки электролизного производства смешивают с глинозем-содо-известняксодержащей шихтой и проводят их совместную термическую обработку с получением спека и последующей его гидрохимической обработкой по известным способам глиноземного производства.There is also known a method for processing carbonaceous sludge discharged from an aluminum electrolytic production system (RU No. 2167210, IPC С22В 7/00, C01F 7/38, published May 20, 2001), in which the tailings of coal foam flotation, dust, and sludge from gas treatment of electrolysis production are mixed with alumina-soda-limestone-containing mixture and conduct their joint heat treatment to obtain cake and its subsequent hydrochemical treatment according to known methods of alumina production.
Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются: операции смешивания и термообработки компонентов.Common features of the claimed invention with an analogue are: operations of mixing and heat treatment of components.
Недостатком аналога является то, что при его реализации не вовлекаются в переработку такой отход как пыль газоочистки кремниевого производства.The disadvantage of the analogue is that during its implementation such waste as dust from gas purification of silicon production is not involved in processing.
Известен способ получения материала из отходов металлургического производства (RU №2098380, МПК С04В 28/26, С04В 18/14, С04В 111/20, опубликовано 10.12.1997), по данному способу в шлам газоочистки электролитического производства алюминия вводится модифицирующая кремнеземсодержащая добавка в виде пыли электрофильтров газоочистки производства технического кремния и/или ферросилиция, смешивается с водой и добавляется жидкое натриевое стекло, используемое в качестве связующего.A known method of producing material from metallurgical waste (RU No. 2098380, IPC С04В 28/26, С04В 18/14, С04В 111/20, published December 10, 1997), in this method, a modifying silica-containing additive is introduced into the slurry of gas purification of the electrolytic production of aluminum in the form dust of electrostatic precipitators produced by industrial silicon and / or ferrosilicon, is mixed with water and liquid sodium glass, used as a binder, is added.
Общими признаками заявляемого способа с аналогом является смешение компонентов шихты, и использование в составе шихты пыли газоочистки производства технического кремния.Common features of the proposed method with an analogue is the mixing of the components of the charge, and the use of the composition of the charge dust gas cleaning production of technical silicon.
Недостаток аналога заключается в значительных затратах, связанных с приготовлением брикетированной шихты.The disadvantage of the analogue is the significant cost associated with the preparation of briquetted mixture.
Известен способ приготовления формованного материала для производства кремния (RU №2151738, МПК С01В 33/025, опубликовано 27.06.2000), по которому мелкодисперсный кремнеземсодержащий материал в виде пыли газоочистки производства кремния смешивают с углеродсодержащим восстановителем и щелочным связующим, осуществляют формование и сушку, в качестве углеродсодержащего восстановителя используют нефтяной кокс и полученную шихту подают на формование.A known method of preparing a molded material for the production of silicon (RU No. 2151738, IPC СВВ 33/025, published June 27, 2000), in which a finely divided silica-containing material in the form of dust of gas purification of silicon production is mixed with a carbon-containing reducing agent and an alkaline binder, molding and drying are carried out, in Petroleum coke is used as a carbon-containing reducing agent and the resulting mixture is fed to molding.
Общими признаками заявляемого способа с аналогом является смешение компонентов шихты и использование в составе шихты пыли газоочистки производства технического кремния.Common features of the proposed method with an analogue is the mixing of the charge components and the use of gas purification from the production of technical silicon as part of the charge of dust.
Недостатком аналога является образование внутренних полостей в брикете, которые возникают при формовании из-за неравномерного распределения мелких частиц в объеме матрицы, кроме того, полученная таким способом формованная шихта не обладает достаточной прочностью и при попадании в руднотермическую печь разрушается, и часть ее увлекается с технологическими газами и выносится из печи.The disadvantage of the analogue is the formation of internal cavities in the briquette, which occur during molding due to the uneven distribution of small particles in the matrix, moreover, the molded charge obtained in this way does not have sufficient strength and when it enters the ore-thermal furnace, it is destroyed and some of it is carried away with technological gases and carried out of the furnace.
За прототип принят способ получения кремния (SU №1535825, МПК С01В 33/02, опубликовано 15.01.1990), согласно которому производят смешение кварцита, углеродсодержащего восстановителя и брикетированной пыли газоочистки, восстановительную плавку в руднотермической печи.The prototype adopted a method of producing silicon (SU No. 1535825, IPC СВВ 33/02, published January 15, 1990), according to which a mixture of quartzite, a carbon-containing reducing agent and briquetted gas cleaning dust is made, reduction smelting in an ore-thermal furnace.
Общими признаками заявляемого изобретения с прототипом являются операции смешения компонентов шихты, плавка в руднотермической печи и использование в составе шихты пыли кремниевого производства.Common features of the claimed invention with the prototype are the operations of mixing the components of the charge, smelting in an ore-thermal furnace and the use of silicon dust in the composition of the charge.
Недостаток прототипа заключается в значительных затратах, связанных с приготовлением брикетированной пыли. Кроме того, брикеты из пыли не обладают достаточной прочностью и при попадании в руднотермическую печь происходит их разрушение, при этом большая часть пыли увлекается с технологическими газами и выносится из руднотермической печи в процессе плавки шихты.The disadvantage of the prototype is the significant cost associated with the preparation of briquetted dust. In addition, dust briquettes do not have sufficient strength and when they enter the ore-thermal furnace, they are destroyed, while most of the dust is entrained with the process gases and is removed from the ore-thermal furnace during the process of smelting the charge.
Отличительными признаками заявляемого изобретения от прототипа являются: состав шихты, подаваемой на плавку в руднотермической печи, операция окомкования шихты и использование пыли электрофильтров кремниевого производства в качестве связующей и упрочняющей добавки в процессе окомкования шихты.Distinctive features of the claimed invention from the prototype are: the composition of the charge fed to the smelting in an ore-thermal furnace, the operation of pelletizing the charge and the use of dust from silicon electrostatic precipitators as a binder and hardening additive in the process of pelletizing the charge.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».The presence of distinctive features allows us to conclude that the claimed invention meets the condition of patentability "novelty."
Задача заявляемого изобретения заключается в получении технического кремния из окомкованной шихты с вовлечением в процесс отходов алюминиевого и кремниевого производств.The task of the invention is to obtain technical silicon from a pelletized charge involving aluminum and silicon production wastes in the process.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении прочности окомкованой шихты для выплавки кремния.The technical result of the claimed invention is to increase the strength of the pelletized mixture for smelting silicon.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения технического кремния, включает смешивание пыли системы газоочистки электролитического производства алюминия, пыли газоочистки производства кремния с отсевами углеродистых материалов, частицами отсева кристаллического кремния и связующим, окомкование полученной шихты, плавку окомкованной шихты в руднотермической печи, согласно изобретению, пыль электрофильтров кремниевого производства используется в качестве дополнительной связующей и упрочняющей добавки в процессе окомкования шихты.The specified technical result is achieved by the fact that the method of producing technical silicon includes mixing dust from a gas purification system for electrolytic aluminum production, dust from a gas purification system from silicon with screenings of carbon materials, crystalline silicon screening particles and a binder, pelletizing the obtained charge, melting the pelletized charge in an ore-thermal furnace, according to the invention , dust of electrostatic precipitators of silicon production is used as an additional binder and hardening additive in process of pelletizing the charge.
Сравнительный анализ существенных признаков заявляемого изобретения с прототипом и другими техническими решениями позволил выявить следующее:A comparative analysis of the essential features of the claimed invention with a prototype and other technical solutions revealed the following:
- известно использование в процессе производства кремния мелкодисперсных кремнийсодержащих отходов (SU №1518300, SU №1479415, RU №2151738);- it is known to use finely dispersed silicon-containing waste in the process of silicon production (SU No. 1518300, SU No. 1479415, RU No. 2151738);
- известно использование в составе шихты пыли газоочистки производства алюминия (RU №2419661, RU №2005104913, RU №2472865, RU №2497958);- it is known to use gas purification of aluminum production as part of a dust charge (RU No. 2419661, RU No. 2005104913, RU No. 2472865, RU No. 2497958);
- известно использование в составе шихты пыли газоочистки производства кремния (SU №1344735, SU №1535825, RU №2094372, RU №2151738);- it is known to use the gas purification of silicon production as part of a dust charge (SU No. 1344735, SU No. 1535825, RU No. 2094372, RU No. 2151738);
- известно использование в составе шихты мелких углеродсодержащих восстановителей в компактном виде (RU №2032616, SU №190356, RU №2036144, RU №2151738);- it is known to use small carbonaceous reducing agents in the charge in a compact form (RU No. 2032616, SU No. 190356, RU No. 2036144, RU No. 2151738);
- известно использование в производстве брикетов, содержащих мелкодисперсные кремнезем-углеродсодержащие материалы (SU №1655900, RU №2103386, RU №2151738).- it is known to use briquettes in the production of finely dispersed silica-carbon materials (SU No. 1655900, RU No. 2103386, RU No. 2151738).
Проведенный анализ показал, что известно использование пыли электрофильтров кремниевого производства в составе шихты при производстве кремния, однако в заявляемой совокупности существенных признаков пыль электрофильтров проявляет в процессе окомкования шихты новые свойства, а именно выполняет роль дополнительного связующего и упрочняющего агента, а использование пыли электрофильтров в качестве упрочняющей добавки в процессе окомкования шихты для производства кремния не известно из уровня техники.The analysis showed that it is known to use dust from silicon-based electrostatic precipitators as a part of a mixture in silicon production, however, in the claimed combination of essential features, electrostatic dust exhibits new properties in the process of pelletizing the charge, namely, it plays the role of an additional binder and hardening agent, and the use of dust from electrostatic precipitators as hardening additives in the process of pelletizing the mixture for the production of silicon is not known from the prior art.
Таким образом, в процессе анализа не выявлено технических решений, характеризующихся идентичными (эквивалентными) признаками с отличительными признаками предлагаемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».Thus, the analysis process did not reveal technical solutions characterized by identical (equivalent) features with the distinctive features of the present invention, which allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability condition "inventive step".
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.The essence of the claimed invention is as follows.
В начале производили смешивание компонентов шихты, а именно: пыль системы газоочистки электролитического производства алюминия, пыль газоочистки производства кремния с отсевами углеродистых материалов, частицами отсева кристаллического кремния и связующим. В качестве связующего было использовано натриевое жидкое стекло (ж.с.) (согласно ГОСТ 13078-81) с рН=11,4, плотностью 1,47 г/дм3 и силикатным модулем 2,96, обладающим высокими адгезионными свойствами для образования прочной шихты. Кроме того, известно, что при взаимодействии присутствующего в ж.с. избытка щелочи и частиц кремния происходит активное выделение водорода, способствующего образованию пористой структуры окомкованной шихты [Немчинова Н.В., Клец В.Э., Черняховский Л.В. Силикаты натрия как связующее для брикетов в производстве кремния // Известия высш. учебн. заведений. Цветная металлургия. 1999. №2. С. 14-18.], необходимой для лучшего контакта твердофазных частиц с реакционными технологическими газами при выплавке кремния в руднотермической печи, при этом протекает реакция:At the beginning, the components of the mixture were mixed, namely: dust from the gas treatment system of the electrolytic production of aluminum, dust from the gas treatment of silicon production with screenings of carbon materials, particles of screening of crystalline silicon and a binder. Sodium liquid glass (rail) was used as a binder (according to GOST 13078-81) with pH = 11.4, density 1.47 g / dm 3 and silica module 2.96, which has high adhesive properties to form a strong charge. In addition, it is known that with the interaction of those present in railways an excess of alkali and silicon particles there is an active evolution of hydrogen, contributing to the formation of the porous structure of the pelletized mixture [Nemchinova N.V., Klets V.E., Chernyakhovsky L.V. Silicates of sodium as a binder for briquettes in the production of silicon // News of the highest. training institutions. Non-ferrous metallurgy. 1999. No. 2. P. 14-18.], Necessary for better contact of solid-phase particles with reaction process gases during the smelting of silicon in an ore-thermal furnace, the reaction proceeds:
Поэтому в качестве твердого агента для протекания реакции (1) использовался отсев кремния, образующийся при дроблении слитков полученного при плавке кремния (табл. 1).Therefore, as a solid agent for the course of reaction (1), screening of silicon was used, which is formed during crushing of ingots obtained by melting silicon (Table 1).
В качестве углеродистого восстановителя в шихте использовалась смесь (при соотношении 1:1) мелочи древесного угля, образующего при его дроблении при подготовке к плавке, и отсева нефтекокса производства АО «АНХК» (г. Ангарск, Иркутская обл.).As a carbon reducing agent in the mixture, a mixture (at a ratio of 1: 1) of fines of charcoal formed during its crushing during preparation for smelting and screening of petroleum coke produced by ANKhK JSC (Angarsk, Irkutsk region) was used.
Химический состав пыли газоочистки приведен в табл. 2.The chemical composition of the gas cleaning dust is given in table. 2.
Как видно из данных табл. 2, пыль газоочистки кремниевого производства может рассматриваться в качестве рудной составляющей шихты как дополнительной к основному сырью, поскольку в среднем на 86% она представлена сфероидизированными частицами SiO2.As can be seen from the data table. 2, the dust of gas purification of silicon production can be considered as an ore component of the charge as additional to the main raw material, since on average it is 86% represented by spheroidized particles of SiO 2 .
Кроме того, при смешении пыли газоочистки кремниевого производства с натриевой щелочью жидкого стекла протекают химические реакции с образованием дополнительного количества силикатов натрия, обладающих адгезионными свойствами:In addition, when dust is mixed, gas purification of silicon production with sodium alkali of liquid glass, chemical reactions occur with the formation of an additional amount of sodium silicates with adhesive properties:
При смешении пыли и ж.с. (имеющего избыток натриевой щелочи) возникает синергетический эффект за счет образования дополнительного количества силикатов натрия, способствующих повышению прочности окомкованной шихты (в сравнении с использованием только ж.с. в качестве связующего).When mixing dust and railroad (having an excess of sodium alkali), a synergistic effect arises due to the formation of an additional amount of sodium silicates, which increase the strength of the pelletized mixture (in comparison with using only gh.s. as a binder).
Предложено следующее соотношение компонентов в шихте, %: пыль газоочистки кремниевого производства - 22,5-27,5; углеродистый восстановитель (смесь отсева нефтекокса и мелочи древесного угля в соотношении 1:1) - 45-54; отсев кремния - 3-5; жидкое стекло - 10-13, пыль электрофильтров алюминиевого производства - 2-3. Соотношение в шихте кремнеземсодержащего сырья и углерода восстановителей принималось, исходя из общей реакции получения кремния (SiO2+2C=Si+2СО).The following ratio of components in the mixture is proposed,%: dust gas cleaning silicon production - 22.5-27.5; carbonaceous reducing agent (mixture of screening of petroleum coke and fines of charcoal in a ratio of 1: 1) - 45-54; screening of silicon - 3-5; liquid glass - 10-13, dust of electrostatic precipitators of aluminum production - 2-3. The ratio in the mixture of silica-containing raw materials and carbon reducing agents was taken based on the general reaction for obtaining silicon (SiO 2 + 2C = Si + 2CO).
После смешения компонентов производили окомкование полученной шихты на тарельчатом грануляторе типа ОТ - 080 (Россия) с получением окатышей размером 3-5 см, далее окатыши помещались в сушильный шкаф фирмы «Binder» (Германия), нагретый до температуры ~50°С, способствующей ускорению протекания реакции (1) с образованием пористых окомкованных композиций.After mixing the components, the resulting mixture was pelletized on an OT-080 type disk granulator (Russia) to obtain pellets 3-5 cm in size, then the pellets were placed in a Binder oven (Germany), heated to a temperature of ~ 50 ° C, which accelerates the course of reaction (1) with the formation of porous pelletized compositions.
Полученная окомкованная шихта как добавка в количестве 10% от массы основной шихты, состоящей из кварцита Черемшанского месторождения, смеси углеродистых восстановителей (нефтекокса, древесного угля) и древесной щепы, направлялась в одноэлектродную руднотермическую печь для выплавки технического кремния.The obtained pelletized charge as an additive in the amount of 10% of the mass of the main charge, consisting of quartzite of the Cheremshansky deposit, a mixture of carbon reducing agents (petrocoke, charcoal) and wood chips, was sent to a single-electrode ore-thermal furnace for smelting technical silicon.
Реализация заявляемого способа подтверждается следующими примерами.The implementation of the proposed method is confirmed by the following examples.
Пример 1.Example 1
Для плавки готовили окомкованную шихту с указанным выше соотношением компонентов. Параметры окомкования: температура сушки - 50%, продолжительность выдержки - 30 мин, содержание пыли газоочистки кремниевого производства - 22,5%.For melting, a pelletized charge was prepared with the above ratio of components. Pelletizing parameters: drying temperature - 50%, holding time - 30 minutes, dust content of silicon gas purification - 22.5%.
Окомкованную шихту в количестве 10% добавляли к стандартной кусковой шихте и загружали в печь (температура процесса - ~2200°С, продолжительность плавки - 2,5 часа). Процесс характеризовался равномерным сходом шихты в высокотемпературную зону и стабильным электрическим режимом. Но наблюдалось заметное пыление при загрузке шихты в печь, что свидетельствует о частичном разрушении окомкованной шихты, содержащей мелкофракционные компоненты. Ввиду этого процесс сопровождался значительным уносом в газовую фазу кремнеземсодержащего сырья, что приводит к снижению извлечения целевого продукта: извлечение кремния составило 69,1%, сортность полученного технического кремния отвечала марке Кр2 согласно ГОСТ 2169 - 69.A pelletized charge in an amount of 10% was added to a standard lump mixture and loaded into the furnace (process temperature - ~ 2200 ° C, melting time - 2.5 hours). The process was characterized by a uniform descent of the charge into the high-temperature zone and stable electric mode. But noticeable dusting was observed when loading the charge into the furnace, which indicates a partial destruction of the pelletized charge containing fine particles. In view of this, the process was accompanied by a significant entrainment of the silica-containing raw material into the gas phase, which leads to a decrease in the extraction of the target product: the silicon extraction was 69.1%, the grade of the obtained technical silicon corresponded to the Kr2 grade according to GOST 2169 - 69.
Пример 2. Для плавки готовили окомкованную шихту с указанным выше соотношением компонентов. Параметры окомкования: температура сушки - 50%, продолжительность выдержки - 30 мин, содержание пыли газоочистки кремниевого производства в окомкованной шихте - 25,0%.Example 2. For melting prepared pelletized mixture with the above ratio of components. Pelletizing parameters: drying temperature - 50%, holding time - 30 minutes, dust content of silicon gas treatment in a pelletized charge - 25.0%.
Окомкованную шихту в количестве 10% добавляли к стандартной кусковой шихте и загружали в печь (температура процесса - ~2200°С, продолжительность плавки - 2,5 часа). Процесс характеризовался равномерным сходом шихты в высокотемпературную зону и стабильным электрическим режимом. Извлечение кремния составило 73,2%, сортность полученного технического кремния отвечала марке Кр2 согласно ГОСТ 2169 - 69.A pelletized charge in an amount of 10% was added to a standard lump mixture and loaded into the furnace (process temperature - ~ 2200 ° C, melting time - 2.5 hours). The process was characterized by a uniform descent of the charge into the high-temperature zone and stable electric mode. The extraction of silicon was 73.2%, the grade of the obtained technical silicon corresponded to the grade Kr2 according to GOST 2169 - 69.
Пример 3.Example 3
Для плавки готовили окомкованную шихту с указанным выше соотношением компонентов. Параметры окомкования: температура сушки - 50%, продолжительность выдержки - 30 мин, содержание пыли газоочистки кремниевого производства - 27,5%.For melting, a pelletized charge was prepared with the above ratio of components. Pelletizing parameters: drying temperature - 50%, holding time - 30 minutes, dust content of silicon gas cleaning - 27.5%.
Окомкованную шихту в количестве 10% добавляли к стандартной кусковой шихте и загружали в печь (температура процесса - ~2200°С, продолжительность плавки - 2,5 часа). Процесс характеризовался равномерным сходом шихты в высокотемпературную зону печи, стабильным электрическим режимом. Извлечение кремния составило 73,1%, однако сортность полученного технического кремния отвечала марке Кр3 согласно ГОСТ 2169 - 69.A pelletized charge in an amount of 10% was added to a standard lump mixture and loaded into the furnace (process temperature - ~ 2200 ° C, melting time - 2.5 hours). The process was characterized by a uniform descent of the charge into the high-temperature zone of the furnace, stable electric mode. The extraction of silicon was 73.1%, however, the grade of the obtained technical silicon corresponded to the grade Kr3 according to GOST 2169 - 69.
Таким образом, достигается технический результат - повышение прочности окомкованной шихты, используемой для выплавки технического кремния в руднотермической печи при оптимальной добавке пыли электрофильтров кремниевого производства в качестве дополнительного упрочняющего агента (25,0%), что способствует получению высоких значений извлечения целевого продукта при плавке и оптимального его качества.Thus, the technical result is achieved — an increase in the strength of the pelletized charge used for smelting technical silicon in an ore-thermal furnace with the optimum addition of dust from silicon-produced electrostatic precipitators as an additional strengthening agent (25.0%), which helps to obtain high values of the target product recovery during melting and its optimum quality.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019120208A RU2703084C1 (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Method of producing technical silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019120208A RU2703084C1 (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Method of producing technical silicon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2703084C1 true RU2703084C1 (en) | 2019-10-15 |
Family
ID=68280078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019120208A RU2703084C1 (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Method of producing technical silicon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2703084C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4113832A (en) * | 1977-11-28 | 1978-09-12 | Kaiser Aluminum & Chemical Corporation | Process for the utilization of waste materials from electrolytic aluminum reduction systems |
| SU1535825A1 (en) * | 1988-04-27 | 1990-01-15 | Иркутский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института алюминиевой, магниевой и электродной промышленности | Method of obtaining silicon |
| RU2151738C1 (en) * | 1997-12-16 | 2000-06-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью фирма "Сплав" | Charge for production of silicon and method of preparing molding material for production of silicon |
| RU2497958C1 (en) * | 2012-04-26 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for obtaining briquettes from fluorocarbon-containing wastes |
| RU2643534C1 (en) * | 2016-12-20 | 2018-02-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Briquet for producing silicon with restorative melting |
-
2019
- 2019-06-28 RU RU2019120208A patent/RU2703084C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4113832A (en) * | 1977-11-28 | 1978-09-12 | Kaiser Aluminum & Chemical Corporation | Process for the utilization of waste materials from electrolytic aluminum reduction systems |
| SU1535825A1 (en) * | 1988-04-27 | 1990-01-15 | Иркутский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института алюминиевой, магниевой и электродной промышленности | Method of obtaining silicon |
| RU2151738C1 (en) * | 1997-12-16 | 2000-06-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью фирма "Сплав" | Charge for production of silicon and method of preparing molding material for production of silicon |
| RU2497958C1 (en) * | 2012-04-26 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for obtaining briquettes from fluorocarbon-containing wastes |
| RU2643534C1 (en) * | 2016-12-20 | 2018-02-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Briquet for producing silicon with restorative melting |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2013532232A (en) | Metal extraction from aluminum-containing iron ore and titanium-containing iron ore and residues | |
| JP2019512454A (en) | Method for producing coal-based shaped activated carbon containing no binder | |
| US20130199087A1 (en) | Carbonaceous fines beneficiation using micro-algae and related processes | |
| RU2528666C2 (en) | Briquetted mixture for producing silicon and method for preparation thereof | |
| RU2264435C2 (en) | Coal briquettes for reductive melting process and a method for manufacture thereof | |
| RU2278167C2 (en) | Method for production of iron metal | |
| RU2703084C1 (en) | Method of producing technical silicon | |
| KR20110018047A (en) | Coal briquette manufacturing method using coal dust | |
| RU2713143C1 (en) | Carbonaceous reducing agent for production of technical silicon and method of its production | |
| KR20150106263A (en) | Method for producing briquettes using Fe-containing sludge and biomass | |
| RU2715828C1 (en) | Mixture for producing silicon carbide for metallurgical production | |
| RU2151738C1 (en) | Charge for production of silicon and method of preparing molding material for production of silicon | |
| EP2980232B1 (en) | Method for recycling iron-containing by-products discharged from coal-based ironmaking process, system used therefor, and direct-reduced iron agglomeration system | |
| JP5390977B2 (en) | Iron ore-containing coke and method for producing the iron ore-containing coke | |
| RU2462521C2 (en) | Charge to obtain briquettes for blast-furnace and cupola production of cast iron | |
| Li et al. | The agglomeration of solid Wastes for Ferroalloy Production | |
| KR20080112818A (en) | How to recover valuable metals from steelmaking by-products | |
| JPH05230558A (en) | Production of sintered ore | |
| KR100718581B1 (en) | Pig iron substitute and its manufacturing method | |
| CN104073631A (en) | Method for preparing iron-containing waste material cold-bonded pellets by using tar residues | |
| RU2643534C1 (en) | Briquet for producing silicon with restorative melting | |
| JP5559628B2 (en) | Manufacturing method of coke for steel making | |
| TWI903151B (en) | Process of obtaining high iron content products from fines of iron ore and biomass, and their products | |
| CN107267753B (en) | A kind of additive and pelletizing process for iron vitriol slag recycling pelletizing | |
| JP5303855B2 (en) | Method for producing coke for blast furnace using waste plastic |