EA041223B1 - METHOD FOR OBTAINING A REDUCER FOR THE PRODUCTION OF COMMERCIAL SILICON - Google Patents

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности, технологии производства восстановителей для получения технического кремния высокой чистоты.The invention relates to the field of metallurgy, in particular, the technology for the production of reducing agents for the production of technical high-purity silicon.

Известен способ производства кремния, включающий в себя дозирование, смешение, загрузку и проплавление в электропечи шихты из кварцита и древесного угля (Рагулина Р.И. Емлин Б.Н. Электротермия кремния и силумина. М: Металлургия, 1972, с. 240). Однако такой способ производства связан с расходом крайне дефицитного и дорогого вида сырья - древесного угля. Кроме того, такой способ сопровождается исключительно большими потерями восстановителя. Последнее объясняется тем, что древесный уголь очень непрочен и при введении в шихту и, особенно, при ее перегрузках интенсивно дробится и истирается.A known method for the production of silicon, including dosing, mixing, loading and melting in the electric furnace charge of quartzite and charcoal (Ragulina R.I. Emlin B.N. Electrothermal silicon and silumin. M: Metallurgy, 1972, p. 240). However, this method of production is associated with the consumption of an extremely scarce and expensive type of raw material - charcoal. In addition, this method is accompanied by exceptionally large losses of the reducing agent. The latter is explained by the fact that charcoal is very fragile and when introduced into the charge and, especially, when it is overloaded, it is intensively crushed and abraded.

Известен способ производства кремния, включающий в себя дозирование, смешение, загрузку и проплавление в электропечи шихты из кварцита и колумбийских углей, которые имеют очень низкое содержание железа и золы (http://www.up-pro.ru/library/production_management/systems/kremnij-kruchkov. html). Недостатками данного способа является высокая стоимость колумбийских углей из-за транспортных расходов.A known method for the production of silicon, including dosing, mixing, loading and melting in the electric furnace charge of quartzite and Colombian coals, which have a very low content of iron and ash (http://www.up-pro.ru/library/production_management/systems /kremnij-kruchkov.html). The disadvantages of this method is the high cost of Colombian coals due to transportation costs.

Известен способ получения брикетированной смеси для получения кремния (патент RU 2528666, C01B 33/025, опубл. 27.05.2014 г.), включающий в себя смешение кремнеземсодержащего сырья и углеродосодержащего вещества растительного происхождения (опилки, отходы деревообработки и т.д.), их брикетирование для получения брикетов, которые подвергают термическому пиролизу без доступа кислорода до полного выхода пирогаза.A known method for producing a briquetted mixture for the production of silicon (patent RU 2528666, C01B 33/025, publ. 05/27/2014), which includes mixing silica-containing raw materials and carbon-containing substances of plant origin (sawdust, wood waste, etc.), their briquetting to obtain briquettes, which are subjected to thermal pyrolysis without oxygen until the pyrogas is completely released.

Недостатком является низкая прочность, низкий фиксированный углерод и высокие затраты на получение брикетов.The disadvantage is low strength, low fixed carbon and high costs for obtaining briquettes.

Известен способ получения карбонизата (рексил) (патент KZ 23615, C10B 57/00, C10B 55/00, опубл. 15.12.2010 г.) из неспекаемых каменных углей, которые подвергаются термической обработке при высокой температуре в инертной атмосфере без доступа воздуха. Недостатком данного способа является необходимость подбора исходного сырья для получения карбонизата, а именно, малозольных каменных углей с низким содержанием вредных примесей, которые после термообработки полностью переходят в карбонизат.A known method for producing carbonizate (rexyl) (patent KZ 23615, C10B 57/00, C10B 55/00, publ. 12/15/2010) from non-caking hard coals, which are heat treated at high temperature in an inert atmosphere without air access. The disadvantage of this method is the need to select the feedstock for the production of carbonizate, namely, low-ash coals with a low content of harmful impurities, which after heat treatment are completely converted into carbonizate.

Известен способ получения шихты для выплавки чистого кремния (патент RU 2424341, C22C 33/04, C01B 33/025, опубл. 20.07.2011 г.), заключающийся в смешении аморфного диоксида кремния с углеродсодержащим восстановителем в виде сажи в соотношении 1:1,5 и геля кремниевой кислоты с последующим изготовлением гранул или брикетов различной формы, которые сушат и обжигают при температурах 900-1200°C. Недостатком такого способа получения шихты является высокая стоимость сажи, повышенный выход летучего монооксида кремния SiO.A known method of obtaining a mixture for the smelting of pure silicon (patent RU 2424341, C22C 33/04, C01B 33/025, publ. 07/20/2011), which consists in mixing amorphous silicon dioxide with a carbon-containing reducing agent in the form of soot in a ratio of 1:1, 5 and silicic acid gel, followed by the manufacture of granules or briquettes of various shapes, which are dried and fired at temperatures of 900-1200°C. The disadvantage of this method of obtaining a mixture is the high cost of carbon black, increased yield of volatile silicon monoxide SiO.

Известен способ брикетирования полукокса (патент RU 2376342, C10L 5/12, опубл. 20.12.2009 г.), преимущественно буроугольного, предусматривающего стадии подготовки исходных компонентов: измельчение полукокса до размеров 0-7 мм, смешение полукокса с гашеной известью с водоизвестковым отношением 3:1 или 5:1, прессование, пропитку брикетов жидким стеклом и сушку.A known method of briquetting charcoal (patent RU 2376342, C10L 5/12, publ. 20.12.2009), predominantly lignite, provides for the stage of preparation of the starting components: grinding the charcoal to a size of 0-7 mm, mixing the charcoal with slaked lime with a water-lime ratio of 3 :1 or 5:1, pressing, impregnation of briquettes with liquid glass and drying.

Недостатком является высокое содержание золы и нежелательных примесей, в частности, железа, что ограничивает объемы применение брикетов-восстановителей при получении технического кремния высших сортов.The disadvantage is the high content of ash and undesirable impurities, in particular, iron, which limits the use of reducing briquettes in the production of technical silicon of the highest grades.

Известен способ, включающий термообработку слоя угля в вертикальном аппарате шахтного типа при розжиге со стороны, противоположной подаче воздуха. В качестве сырья используют уголь фракции 20-70 мм, подачу воздуха осуществляют через слой угля с удельным расходом 70-99,5 м³/(м²хч) в зависимости от марки угля. Способ позволяет получить твердый продукт с более высокой прочностью, низкой зольностью, а также более крупный средний размер куска с одновременным увеличенным выходом продукта (патент RU 2275407, C10B49/02, C10B53/00, опубл. 27.04.2006 г.).A known method includes heat treatment of a layer of coal in a vertical shaft-type apparatus during ignition from the side opposite to the air supply. Coal fraction 20-70 mm is used as raw material, air supply is carried out through a layer of coal with a specific consumption of 70-99.5 m ³ /(m ² xh) depending on the brand of coal. The method allows to obtain a solid product with higher strength, low ash content, as well as a larger average piece size with a simultaneous increased product yield (patent RU 2275407, C10B49/02, C10B53/00, publ. 27.04.2006).

Недостатком известного технического решения является наличие минеральной части в крупных кусках термообработанного угля, загрязняющих конечный продукт, что ограничивает их применение в производстве кремния.The disadvantage of the known technical solution is the presence of a mineral part in large pieces of heat-treated coal, polluting the final product, which limits their use in the production of silicon.

Известен способ получения полукокса, включающий стадии нагрева, сушки и карбонизации твердого углеродсодержащего сырья с использованием воздушного дутья, к которому добавляют горючий газ, имеющий температуру выхода из аппарата, в концентрации, не превышающей нижний предел воспламенения газа. Предпочтительно количество добавляемого газа составляет 8-10% от объема получаемого горючего газа. Температура карбонизации составляет 920-950°С. Технический результат - повышение качества полукокса за счет снижения выхода летучих в продукте, увеличение выхода полукокса примерно на 5-6%, сокращение времени обработки сырья (патент RU 2169166, C10B49/04, опубл. 20.06.2001 г.).A known method for producing semi-coke, including the stages of heating, drying and carbonization of solid carbon-containing raw materials using air blast, to which combustible gas is added, having an exit temperature from the apparatus, in a concentration not exceeding the lower limit of ignition of the gas. Preferably, the amount of added gas is 8-10% of the volume of combustible gas produced. The carbonization temperature is 920-950°C. EFFECT: improving the quality of semi-coke by reducing the yield of volatiles in the product, increasing the yield of semi-coke by about 5-6%, reducing the processing time of raw materials (patent RU 2169166, C10B49/04, publ. 20.06.2001).

Недостатком аналога является то, что в минеральной части присутствуют соединения железа, которые ухудшают качество получаемого технического кремния.The disadvantage of analogue is that in the mineral part there are iron compounds, which degrade the quality of the obtained technical silicon.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки измельченного до 10 мм угля, который осуществляют путем одновременной термоокислительной обработки угля при температуре 700-950°С за счет частичного окисления угля воздухом и сепарации минеральной части угля, болееThe closest in technical essence is a method for processing coal crushed to 10 mm, which is carried out by simultaneous thermal-oxidative treatment of coal at a temperature of 700-950 ° C due to partial oxidation of coal with air and separation of the mineral part of coal, more

- 1 041223 тяжелой, чем уголь. Дутьевой воздух на псевдоожижение слоя подают в количестве 2500-4200 м³/(м²хч). Мелкодисперсный уголь, парогазовые продукты термического разложения угля, а также продукты газификации кокса частично сгорают в кипящем слое, обеспечивая его рабочую температуру. Более тяжелые частицы породы оседают в нижней части псевдоожиженного слоя и удаляются из аппарата через провальную колосниковую решетку. Продукты сгорания подаются в котел-утилизатор на генерацию тепловой энергии. Изобретение позволяет получить из высокозольных углей высококалорийное низкозольное термообработанное твердое топливо без предварительного обогащения исходного угля (патент RU 2401295, C10 B49/10, опубл. 10.10.2010 г.).- 1 041223 heavier than coal. Blast air for fluidization of the layer is supplied in the amount of 2500-4200 m ³ /(m ² xh). Finely dispersed coal, steam-gas products of thermal decomposition of coal, as well as coke gasification products are partially burned in a fluidized bed, ensuring its operating temperature. Heavier rock particles settle in the lower part of the fluidized bed and are removed from the apparatus through the failed grate. Combustion products are fed into the waste heat boiler to generate thermal energy. EFFECT: invention makes it possible to obtain high-calorie low-ash heat-treated solid fuel from high-ash coals without preliminary enrichment of the initial coal (patent RU 2401295, C10 B49/10, publ. 10.10.2010).

Недостатком прототипа является недостаточно эффективное отделение угля от частиц породы и высокое содержание железа, что ограничивает применение брикетов-восстановителей при получении технического кремния высших сортов.The disadvantage of the prototype is the inefficient separation of coal from rock particles and high iron content, which limits the use of briquettes-reducing agents in the production of technical silicon of the highest grades.

Задачей предлагаемого технического решения является создание способа получения восстановителя для производства кремния, позволяющего заменить дефицитные и дорогие восстановители, применяемые при производстве кремния высокого качества.The objective of the proposed technical solution is to create a method for obtaining a reducing agent for the production of silicon, which makes it possible to replace scarce and expensive reducing agents used in the production of high-quality silicon.

Технический результат при использовании изобретения заключается в снижении содержания железа в восстановителе для производства технического кремния высокого качества.The technical result when using the invention is to reduce the iron content in the reducing agent for the production of technical silicon of high quality.

Указанный технический результат достигается тем, что способ переработки низкозольного бурого угля с содержанием железа в минеральной части угля не более 5 мас.% с получением восстановителя для производства технического кремния включает его термообработку в кипящем слое при температуре 700850°C посредством скоростного дутья смесью воздуха и водяного пара с обеспечением перехода железосодержащих соединений в минеральной части бурого угля в магнитную форму, охлаждение полученного восстановителя и его последующую магнитную сепарацию в течение 100-120 ч непосредственно после стадии охлаждения, при этом индукция магнитного поля составляет не менее 1,1 Тл.The specified technical result is achieved by the fact that the method of processing low-ash brown coal with an iron content in the mineral part of coal of not more than 5 wt.% to obtain a reducing agent for the production of technical silicon includes its heat treatment in a fluidized bed at a temperature of 700850 ° C by high-speed blasting with a mixture of air and water steam to ensure the transition of iron-containing compounds in the mineral part of brown coal into a magnetic form, cooling the obtained reducing agent and its subsequent magnetic separation for 100-120 hours immediately after the cooling stage, while the magnetic field induction is at least 1.1 T.

Чем ниже содержание минеральной части в исходных углях и концентрация железа в ней, тем выше вероятность получения продукта с низким содержанием железа. Поэтому использование низкозольных, с малым содержанием железа (не более 5 мас.%), недорогих бурых углей способствует достижению указанного результата.The lower the content of the mineral part in the original coals and the concentration of iron in it, the higher the probability of obtaining a product with a low iron content. Therefore, the use of low-ash, with a low iron content (not more than 5 wt.%), inexpensive brown coal contributes to the achievement of the specified result.

В исходном углеродсодержащем сырье железо содержится, главным образом, в виде пирита, марказита, сидерита и гематита. В легких фракциях железо представлено гидроксидами в составе глинистых минералов. Указанные минеральные вещества в процессе получения полукокса из бурых углей переходят в состав конечного материала и претерпевают фазовые превращения в зависимости от условия протекания окислительно-восстановительных процессов при высоких температурах.In the original carbonaceous raw materials iron is contained mainly in the form of pyrite, marcasite, siderite and hematite. In light fractions, iron is represented by hydroxides in the composition of clay minerals. These mineral substances in the process of obtaining semi-coke from brown coals pass into the composition of the final material and undergo phase transformations, depending on the conditions for the occurrence of redox processes at high temperatures.

Так, присутствующий в исходном угле пирит (марказит) FeS₂ - дисульфид железа при нагревании распадается на сульфид железа и серу. Реакции, протекающие при нагревании сульфида железа в кислороде:So, the pyrite (marcasite) FeS ₂ present in the original coal - iron disulfide, when heated, decomposes into iron sulfide and sulfur. Reactions that occur when iron sulfide is heated in oxygen:

4FeS + 7О₂ = 2Fe₂O₃ + 4SO₂(1)4FeS + 7О ₂ = 2Fe ₂ O ₃ + 4SO ₂ (1)

3Fe₂O₃ + Н₂ = 2 Fe₃O₄ + Н₂О(2)3Fe ₂ O ₃ + H ₂ \u003d 2 Fe ₃ O ₄ + H ₂ O (2)

Fe₂O₃ + 4Н₂ = 3Fe + 4Н₂О(3)Fe ₂ O ₃ + 4H ₂ \u003d 3Fe + 4H ₂ O (3)

Сидерит (шпатовый железняк) содержит железо главным образом в виде карбоната (FeCO₃). Под влиянием высоких температур, удаляющейся углекислый газ делает материал пористым, при этом он легко поддается восстановлению.Siderite (spar iron ore) contains iron mainly in the form of carbonate (FeCO ₃ ). Under the influence of high temperatures, the escaping carbon dioxide makes the material porous, while it is easily recoverable.

Гематит и магнетит (Fe₂O₃, Fe₃O₄). При восстановлении гематита и магнетита при нагревании с углеродом оксид железа получается в мелкокристаллическом состоянии, и легко превращается в Fe. Зона перехода FeO в Fe практически сливается с зоной Fe3O4-FeO. Установлено, что скорости протекания реакции Fe2O3-Fe3O4 и Fe3O4-FeO при температурах 700-750°C близки.Hematite and magnetite (Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ ). When hematite and magnetite are reduced when heated with carbon, iron oxide is obtained in a finely crystalline state, and easily turns into Fe. The FeO to Fe transition zone practically merges with the Fe3O4-FeO zone. It has been found that the rates of the Fe2O3-Fe3O4 and Fe3O4-FeO reactions at temperatures of 700-750°C are close.

Процесс восстановления оксидов железа:Iron oxide reduction process:

3Fe₂O₃ + СО = 2 Fe₃O₄ + СО₂(4)3Fe ₂ O ₃ + CO \u003d 2 Fe ₃ O ₄ + CO ₂ (4)

Fe₃O₄ + СО = 3FeO + СО₂(5)Fe ₃ O ₄ + CO \u003d 3FeO + CO ₂ (5)

FeO + СО = Fe + СО₂(6)FeO + CO \u003d Fe + CO ₂ (6)

FeO + С = Fe + СО(7)FeO + C \u003d Fe + CO (7)

Процесс восстановления железа из оксидов протекает ступенчато путем последовательного перехода от высших оксидов к низшим по схеме Fe₂O₃ - Fe₃O₄ - FeO - Fe (выше 570°C) или Fe₂O₃ - Fe₃O₄ - Fe (ниже 570°C). При низкотемпературном восстановлении гематита (<800°C) магнетит, как промежуточная оксидная стадия, имеет состав, заметно отличающийся от стехиометрического. Анализ продуктов восстановления показал, что существует целый набор магнетитов с различной стехиометрией. Появление нестехиометрического магнетита при низких температурах и его отсутствие при высоких температурах восстановления гематита является подтверждением существования лимитирующего действия твердофазных процессов в продуктах восстановления.The process of iron reduction from oxides proceeds stepwise by sequential transition from higher oxides to lower ones according to the scheme Fe ₂ O ₃ - Fe ₃ O ₄ - FeO - Fe (above 570 ° C) or Fe ₂ O ₃ - Fe ₃ O ₄ - Fe (below 570°C). During the low-temperature reduction of hematite (<800°C), magnetite, as an intermediate oxide stage, has a composition that differs markedly from the stoichiometric one. An analysis of the reduction products showed that there is a whole set of magnetites with different stoichiometry. The appearance of nonstoichiometric magnetite at low temperatures and its absence at high temperatures of hematite reduction confirms the existence of a limiting effect of solid-phase processes in reduction products.

Скорость восстановления зависит от природы оксида, природы и свойств восстановителя которым, например, является бурый уголь и его производные (полукокс). Так, при создании хорошего контактаThe recovery rate depends on the nature of the oxide, the nature and properties of the reducing agent, which, for example, is brown coal and its derivatives (charcoal). So, when making good contact

- 2 041223 оксидов с углеродом полукокса наблюдается лавинообразное нарастание скорости восстановления. Таким образом, при использовании образованного полукокса в процессе карбонизации бурых углей эффективность процесса, как и при любой твердофазной реакции, будет зависеть от контакта между полукоксом и восстанавливаемым оксидом, который находится в сростках с углеродом. Также на процесс восстановления влияет реакционная способность полукокса бурого угля и содержание в нем летучих компонентов. В качестве углеродсодержащего сырья для производства восстановителя может быть использован любой бурый уголь. Однако наиболее перспективным является бурый уголь Канско-Ачинского бассейна ввиду значительных запасов (прогнозные ресурсы - 309,9 млрд т или 23,4% от запасов угля России), низкой зольности (3,4-22,3%) и незначительного содержания железа.- 2 041223 oxides with char carbon, an avalanche-like increase in the recovery rate is observed. Thus, when using the formed semi-coke in the process of brown coal carbonization, the efficiency of the process, as in any solid-state reaction, will depend on the contact between the semi-coke and the reduced oxide, which is intergrown with carbon. The reactivity of brown coal semi-coke and the content of volatile components in it also affect the recovery process. Any brown coal can be used as a carbon-containing raw material for the production of a reducing agent. However, the most promising is the brown coal of the Kansk-Achinsk basin due to significant reserves (forecast resources - 309.9 billion tons or 23.4% of the coal reserves of Russia), low ash content (3.4-22.3%) and low iron content.

Известно, что лучше всего подвергаются магнитному обогащению материалы, содержащие примеси железа в виде магнетита Fe₃O₄, который обладает сильными магнитными свойствами. В предлагаемом техническом решении реакции восстановления оксидов железа до магнетита (и/или любой другой магнитной формы перерабатываемого углеродсодержащего сырья) протекают при нагреве углеродсодержащего сырья, например, бурого угля, в кипящем слое при температурах 700-850°C, образуя восстановитель (полукокс), который имеет в совокупности следующие свойства (состав, мас.%):It is known that materials containing iron impurities in the form of Fe ₃ O ₄ magnetite, which has strong magnetic properties, are best subjected to magnetic enrichment. In the proposed technical solution, the reduction reactions of iron oxides to magnetite (and / or any other magnetic form of processed carbon-containing raw materials) proceed when carbon-containing raw materials, for example, brown coal, are heated in a fluidized bed at temperatures of 700-850 ° C, forming a reducing agent (semi-coke), which has in total the following properties (composition, wt.%):

зола (A^d)ash ( ^Ad ) 5,0 - 8,0 %; 5.0 - 8.0%; содержание Ре₂0з в золеcontent of Fe ₂ 0z in ash 0,8-1,2 %; 0.8-1.2%; летучие вещества (V^daf)volatiles ( ^Vdaf ) 13,0-15,5%; 13.0-15.5%; фиксированный углерод (С) fixed carbon (C) 75,0 - 80,0 %; 75.0 - 80.0%; реакционная способность reactivity не менее 8,1 см³/(гхс);not less than 8.1 cm ³ /(ghs); удельное электросопротивление electrical resistivity не менее 1,37χ 103 Омхсм: not less than 1.37χ 103 Ohmcm:

удельная площадь 120-500 м²/г.specific area 120-500 m ² /g.

Способ осуществляют следующим образом. Углеродсодержащее сырье (бурый уголь) крупностью до 10 мм подают шнеком на газораспределительную решетку. Уголь подвергается термообработке (полукоксованию) в кипящем слое при температуре 700-850°С. Псевдоожижение угля осуществляется смесью воздуха и водяного пара, которые подаются под газораспределительную решетку. Подача водяного пара под решетку предотвращает ее шлакование при нарушениях температурного режима процесса.The method is carried out as follows. Carbon-containing raw materials (lignite) with a particle size of up to 10 mm are fed by a screw onto a gas distribution grate. Coal is subjected to heat treatment (semi-coking) in a fluidized bed at a temperature of 700-850°C. Fluidization of coal is carried out by a mixture of air and water vapor, which are fed under the gas distribution grate. The supply of water vapor under the grate prevents its slagging in case of violations of the temperature regime of the process.

Поступающие в нижнюю часть кипящего слоя частицы исходного угля подвергаются скоростному нагреву, в ходе которого из них выделяются пары воды, смолы и газы разложения. При этом каждая частица угля окружена облаком защитной атмосферы, препятствующей доступу кислорода воздуха к ее поверхности. Горение выделяющихся газов и паров осуществляется на периферии газового облака. Тем самым, в нижней части кипящего слоя поверхность частиц угля не подвергается озолению кислородом воздуха, что обеспечивает необходимый уровень содержания углерода-восстановителя (выход годного).The particles of the initial coal entering the lower part of the fluidized bed are subjected to high-speed heating, during which water vapor, tar and decomposition gases are released from them. Moreover, each particle of coal is surrounded by a cloud of protective atmosphere, which prevents the access of atmospheric oxygen to its surface. The combustion of released gases and vapors is carried out at the periphery of the gas cloud. Thus, in the lower part of the fluidized bed, the surface of the coal particles is not subjected to ashing by air oxygen, which ensures the required level of the reducing carbon content (good yield).

В процессе скоростного нагрева происходит интенсивное измельчение частиц угля в результате их термодеструкции и разрушения в процессе соударений. При этом обеспечивается хороший контакт оксидов железа с углеродом, обуславливающий высокие скорости их восстановления и переводу соединений железа в углеродсодержащем сырье в магнитные формы.In the process of high-speed heating, intensive grinding of coal particles occurs as a result of their thermal destruction and destruction during collisions. This ensures good contact of iron oxides with carbon, which leads to high rates of their reduction and the transfer of iron compounds in carbon-containing raw materials into magnetic forms.

Измельчение частиц сопровождается уменьшением их кажущейся плотности вследствие выделения из пор частиц паров влаги и смолы. Поэтому измельченные и облегченные частицы образовавшегося полукокса перемещаются в верхнюю часть кипящего слоя, где продолжается полукоксование, в ходе которого протекает выделение из них газов разложения и паров смолы, но не так бурно, как в нижней части кипящего слоя.The grinding of particles is accompanied by a decrease in their apparent density due to the release of moisture and resin vapor from the pores of the particles. Therefore, the crushed and lightened particles of the resulting semi-coke move to the upper part of the fluidized bed, where semi-coking continues, during which decomposition gases and tar vapors are released from them, but not as rapidly as in the lower part of the fluidized bed.

Если в нижней части кипящего слоя частицы угля находятся в паровоздушной среде, содержащей значительное количество кислорода, то в верхней части газовая среда состоит из продуктов сгорания с примесью газа полукоксования. Содержание кислорода в этой среде невелико и поэтому озоления поверхности частиц образующегося полукокса не происходит.If in the lower part of the fluidized bed the coal particles are in a vapor-air medium containing a significant amount of oxygen, then in the upper part the gaseous medium consists of combustion products with an admixture of semi-coking gas. The oxygen content in this medium is low and, therefore, the surface of the particles of the formed semi-coke does not become ashed.

В верхней части кипящего слоя под действием паров воды протекает активация полукокса, в ходе которой увеличивается поверхность полукокса и он становится более активным в химических реакциях взаимодействия.In the upper part of the fluidized bed, under the action of water vapor, the char is activated, during which the char surface increases and it becomes more active in chemical interaction reactions.

Вместе с углем в нижнюю часть кипящего слоя попадает порода и сростки угля, которые вследствие их повышенной плотности удаляются из кипящего слоя на газораспределительную решетку и периодически с нее выгружаются.Together with coal, rock and coal intergrowths enter the lower part of the fluidized bed, which, due to their increased density, are removed from the fluidized bed to the gas distribution grate and periodically unloaded from it.

Выходящий из кипящего слоя низкокалорийный газ поступает в сепарационное пространство аппарата. При этом унесенные из слоя крупные частицы полукокса выпадают обратно в кипящий слой, а газ выходит из аппарата и очищается от полукоксовой пыли в циклоне. Полукоксовая пыль присоединяется к выгруженному из аппарата полукоксу, а образующийся низкокалорийный газ, сжигается в топке котла утилизатора.The low-calorie gas leaving the fluidized bed enters the separation space of the apparatus. At the same time, large semi-coke particles carried away from the bed fall back into the fluidized bed, and the gas leaves the apparatus and is cleaned of semi-coke dust in a cyclone. Semi-coke dust is added to the semi-coke unloaded from the apparatus, and the resulting low-calorie gas is burned in the waste heat boiler furnace.

Дальнейший процесс магнитной сепарации в сепараторе снижает содержание железа до приемлемого уровня, обеспечивающего высокое качество восстановителя.A further magnetic separation process in the separator reduces the iron content to an acceptable level, which ensures a high quality of the reducing agent.

Пример 1. Для получения восстановителя использовали бурый уголь Березовского месторождения,Example 1. To obtain a reducing agent, brown coal of the Berezovsky deposit was used,

--

Claims (1)

подаваемый в котел кипящего слоя. Материал обрабатывался при различных температурных интервалах:fed into the fluidized bed boiler. The material was processed at various temperature intervals: 550-700, 700-850 и выше 850°С. При температурах 550-700°С получали восстановитель (полукокс) с недостаточной степенью пиролиза, высоким содержанием летучих и низкой магнитной восприимчивостью.550-700, 700-850 and above 850°C. At temperatures of 550-700°C, a reducing agent (charcoke) was obtained with an insufficient degree of pyrolysis, a high content of volatiles, and a low magnetic susceptibility. При температурах выше 850°С падал выход годного. Поэтому оптимальным следует считать температурный диапазон от 700-850°С.At temperatures above 850°C, the yield of the product dropped. Therefore, the temperature range from 700-850°C should be considered optimal. Эксперименты показали, что в процессе длительного хранения пиролизованного полукокса бурого угля снижалась эффективность последующего отделения железосодержащей магнитной фракции от полукокса бурого угля.Experiments have shown that during long-term storage of pyrolyzed brown coal semi-coke, the efficiency of the subsequent separation of the iron-containing magnetic fraction from brown coal semi-coke decreased. Пример 2. Непосредственно после пиролиза отмечалось максимальное снижение содержания железа в углеродном материале (до 0,11 мас.%) после его прохождения через магнитный сепаратор. Спустя 5 суток эффективность отделения железа уменьшалась до 0,15 мас.%. При сепарировании пиролизованного продукта со сроком хранения менее 100 ч, эффективность отделения железа составила менее 0,11 мас.%.Example 2. Immediately after pyrolysis, the maximum decrease in the iron content in the carbon material (up to 0.11 wt.%) was noted after it passed through the magnetic separator. After 5 days, the efficiency of iron separation decreased to 0.15 wt.%. When separating a pyrolyzed product with a shelf life of less than 100 hours, the iron separation efficiency was less than 0.11 wt.%. Эффективность извлечения железа зависела от величины индукции магнитного поля. Существует оптимальный уровень величины магнитной индукции, со снижением которого эффективность отделения магнитных фракций падает. Чрезмерно высокий уровень индукции магнитного поля экономически нецелесообразен, поскольку растет стоимость оборудования. При низкой величине магнитной индукции увеличивается содержание железа в отмагниченном восстановителе.The efficiency of iron extraction depended on the magnitude of the magnetic field induction. There is an optimal level of magnetic induction, with a decrease in which the efficiency of separation of magnetic fractions decreases. An excessively high level of magnetic field induction is not economically feasible, as the cost of equipment increases. At a low value of magnetic induction, the iron content in the magnetized reducing agent increases. Пример 3. Полученный восстановитель подвергали сепарации в магнитном поле. При величине магнитной индукции выше 1,1 Тл достигли содержание железа в отмагниченном полукоксе 0,11 мас.%. При более низкой величине магнитной индукции (0,8 Тл) содержание железа составляло 0,2 мас.%.Example 3. The resulting reducing agent was subjected to separation in a magnetic field. With a magnetic induction value above 1.1 T, the iron content in the magnetized char was 0.11 wt.%. At a lower value of magnetic induction (0.8 T), the iron content was 0.2 wt.%. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ переработки низкозольного бурого угля с содержанием железа в минеральной части угля не более 5 мас.% с получением восстановителя для производства технического кремния, включающий его термообработку в кипящем слое при температуре 700-850°С посредством скоростного дутья смесью воздуха и водяного пара с обеспечением перехода железосодержащих соединений в минеральной части бурого угля в магнитную форму, охлаждение полученного восстановителя и его последующую магнитную сепарацию в течение 100-120 ч непосредственно после стадии охлаждения, при величине индукции магнитного поля не менее 1,1 Тл.A method for processing low-ash brown coal with an iron content in the mineral part of coal of not more than 5 wt.% to obtain a reducing agent for the production of technical silicon, including its heat treatment in a fluidized bed at a temperature of 700-850 ° C by high-speed blasting with a mixture of air and water vapor to ensure the transition iron-containing compounds in the mineral part of brown coal into a magnetic form, cooling the resulting reducing agent and its subsequent magnetic separation for 100-120 hours immediately after the cooling stage, with a magnetic field induction value of at least 1.1 T. Евразийская патентная организация, ЕАПВEurasian Patent Organization, EAPO Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2Russia, 109012, Moscow, Maly Cherkassky per., 2