RU2103386C1 - Method of preparing agglomerated charge - Google Patents

Abstract

FIELD: silicon production. SUBSTANCE: invention relates to production of crystalline silicon by carbothermic reduction method in ore-thermal furnaces and focuses on preparing agglomerated charge material with elevated porosity and strength as well as reducing operational expenses by way of simplifying agglomeration process. To that end, as binder, mixture of liquid glass and powdered silicon is used and suspension obtained is portionwise dispensed and subjected to heat treatment at 40-60 C for 3-5 min. EFFECT: reduced operational cost. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии производства кремния плавкой в руднотермических печах. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to technology for the production of fusible silicon in ore-thermal furnaces.

В настоящее время при производстве кристаллического кремния мелкие фракции, кремнезем, и углеродсодержащего сырья отсеивают и направляют в отход, количество которого составляет ≈ 15%. Окусковывание этих материалов позволяет решить проблему утилизации отходов, но не решает проблему качества окускованного материала. Currently, in the production of crystalline silicon, fine fractions, silica, and carbon-containing raw materials are screened out and sent to waste, the amount of which is ≈ 15%. Pigging these materials allows you to solve the problem of waste disposal, but does not solve the problem of the quality of the agglomerated material.

Известен способ получения кристаллического кремния, в котором шихту брикетируют, используя в качестве связующего водный раствор бардяного концентрата. A known method of producing crystalline silicon, in which the mixture is briquetted using an aqueous solution of distillery concentrate as a binder.

Известен способ грануляции кремния, в котором смешивают тонкоизмельченное кремнесодержащее сырье и углеродистый восстановитель, со связующим из группы: сульфитного щелока, меляссы и воды. Из смеси получают гранулированную шихту. A known method of granulation of silicon, in which finely ground siliceous raw materials and a carbon reducing agent are mixed, with a binder from the group of sulfite liquor, molasses and water. A granular mixture is obtained from the mixture.

Недостатком известных способов является низкая пористость получаемых окускованных продуктов, а также высокие энерго- и трудозатраты процесса окускования. A disadvantage of the known methods is the low porosity of the obtained agglomerated products, as well as the high energy and labor costs of the agglomeration process.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения шихты для выплавки кремния, в котором мелкодисперсные углерод- и кремнесодержащее сырье, а также порошок кремния тщательно перемешивают со связующим, в качестве которого используют раствор натриевой щелочи. Смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 70 ч. При этом получают затвердевший пенообразный продукт. The closest in technical essence and the achieved result is a method of producing a mixture for silicon smelting, in which finely dispersed carbon and silicon-containing raw materials, as well as silicon powder are thoroughly mixed with a binder, which is used as a solution of sodium alkali. The mixture was kept at room temperature for 70 hours. A hardened foamy product was obtained.

Недостатком способа является длительность процесса и крупнопористость получаемого шихтового материала. Кроме того, в известном способе получаемый шихтовый материал необходимо дробить перед использованием. The disadvantage of this method is the duration of the process and the large porosity of the resulting charge material. In addition, in the known method, the resulting charge material must be crushed before use.

Целью изобретения является получение окомкованного шихтового материала, увеличение его пористости и прочности. The aim of the invention is to obtain pelletized charge material, increasing its porosity and strength.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения окускованной шихты для руднотермической плавки кремния, включающем дозирование и смешение мелкодисперсных материалов со связующим, в качестве которого используют раствор жидкого стекла и мелкодисперсный металлический кремния, полученную суспензию дозируют порциями и в течение 3 - 5 мин, производят термообработку при 40 - 60^oC.This goal is achieved by the fact that in the method of obtaining agglomerated charge for ore thermal smelting of silicon, comprising dosing and mixing finely divided materials with a binder, which is used as a solution of liquid glass and finely divided metallic silicon, the resulting suspension is dosed in portions and for 3-5 minutes, produced heat treatment at 40 - 60 ^o C.

Сущность изобретения поясняется следующим. The invention is illustrated as follows.

Чтобы получить мелкопористый прочный и легкий шихтовый окускованный материал, необходимо взаимодействие жидкого стекла с порошком кремния, входящего в состав шихты. Для осуществления этой реакции необходимо преодоление активационного барьера, заключающегося в нагреве реагентов до 40 - 60^oC.In order to obtain a finely porous, durable and lightweight charge-agglomerated material, interaction of liquid glass with silicon powder, which is part of the charge, is necessary. To implement this reaction, it is necessary to overcome the activation barrier, which consists in heating the reagents to 40 - 60 ^o C.

Взаимодействие реагентов происходит по реакции:
Na₂O•SiO₂+Si+2H₂O _→ Na₂O•2SiO₂+H₂
Выделяющийся водород и испаряющаяся влага вспенивают исходную массу, а полимерирующийся бисиликат натрия, связывая частицы шихты, придает ей прочную и мелкопористую структуру.The interaction of the reagents occurs according to the reaction:
Na ₂ O • SiO ₂ + Si + 2H ₂ O _ → Na ₂ O • 2SiO ₂ + H ₂
The released hydrogen and evaporating moisture froth the initial mass, and the polymerized sodium bisilicate, binding the particles of the charge, gives it a strong and finely porous structure.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что:
в качестве связующего используют жидкое стекло и кремниевый порошок;
полученные порции подвергают термобрабаотке при Т = 40 - 60^oC;
время термообработки составляет 3 - 5 мин.A comparative analysis of the proposed solutions with the prototype shows that the claimed method differs from the known in that:
liquid glass and silicon powder are used as a binder;
the resulting portions are subjected to heat treatment at T = 40 - 60 ^o C;
the heat treatment time is 3-5 minutes.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна". Thus, the claimed method meets the criterion of "novelty."

Анализ известных технических решений в данной и смежной областях показал, что использование жидкого стекла в составе в качестве связующего известно. Analysis of known technical solutions in this and related fields has shown that the use of water glass in the composition as a binder is known.

В предлагаемом способе кроме связующих свойств, жидкое стекло с порошкообразным металлическим кремнием проявляет свойства пенообразователя. In the proposed method, in addition to binding properties, liquid glass with powdered metallic silicon exhibits the properties of a foaming agent.

Таким образом отличительные признаки заявляемого решения проявляют новые свойства, а в совокупности с известными ранее позволяют получить прочную (175 - 180 кг/брикет при 1200^oC) структуру материала, обладающего высоким ( 6 Ом•см) удельным сопротивлением и высокой пористостью (55 - 60%).Thus, the distinguishing features of the proposed solutions exhibit new properties, and in combination with the previously known ones, they allow to obtain a strong (175 - 180 kg / briquette at 1200 ^o C) structure of a material with a high (6 Ohm • cm) resistivity and high porosity (55 - 60%).

Таким образом, заявляемая совокупность признаков соответствует критерию "изобретательский уровень". Thus, the claimed combination of features meets the criterion of "inventive step".

Пример. Для приготовления скомкованной шихты смешивают 50 кг кварцевого песка, 20 кг пыли нефтекокса и древесного угля, 3 кг порошкового металлического кремния и 17 кг жидкого стекла (плотностью 1,2 кг/м³). Полученную суспензию дозируют порциями ≈ 10 г и помещают в термошкаф при 60^oC. Через 3 мин каждая порция увеличивает свой объем в 3 - 5 раз и затвердевает. Пористость полученной шихты составляет 60%. Полученный окускованный материал имеет гладкую поверхность, которая придает ему механическую прочность, равную 180 кг/брикет.Example. To prepare the crumpled mixture, 50 kg of quartz sand, 20 kg of petroleum coke and charcoal dust, 3 kg of powdered silicon metal and 17 kg of liquid glass (density 1.2 kg / m ³ ) are mixed. The resulting suspension is dosed in portions ≈ 10 g and placed in a heating cabinet at 60 ^o C. After 3 minutes, each portion increases its volume by 3-5 times and hardens. The porosity of the resulting mixture is 60%. The obtained agglomerated material has a smooth surface, which gives it a mechanical strength of 180 kg / briquette.

Примеры других экспериментов приведены в таблице. Examples of other experiments are shown in the table.

Как следует из таблицы пористость увеличивается как с увеличением температуры нагрева (до 60^oC), так и времени (до 5 мин).As follows from the table, the porosity increases both with increasing heating temperature (up to 60 ^o C), and time (up to 5 min).

Дальнейшее повышение как времени, так и температуры нагрева не целесообразно, так как увеличение пористости не наблюдается. A further increase in both time and heating temperature is not advisable, since an increase in porosity is not observed.

Нижний предел по температуре и времени нагрева шихтовой массы обусловлен низкой пористостью окускованного материала. The lower limit in temperature and heating time of the charge mass is due to the low porosity of the agglomerated material.

По сравнению с прототипом время образования окускованного шихтового материала сокращается от 70 ч (4200 мин) до 3 - 5 мин при незначительном нагреве. Compared with the prototype, the formation time of the agglomerated charge material is reduced from 70 hours (4200 minutes) to 3-5 minutes with little heating.

Кроме того, следует отметить, что механическая прочность окускованного шихтового материала с увеличением времени нагрева начинает снижаться. In addition, it should be noted that the mechanical strength of the agglomerated charge material begins to decrease with increasing heating time.

Claims (1)

Способ получения окускованной шихты для рудотермической плавки кремния, включающий дозирование и смешение мелкодисперсных кремнезем- и углеродсодержащих материалов с натрийсодержащим связующим с образованием суспензии и ее охлаждение, отличающийся тем, что в качестве связующего используют раствор жидкого стекла и порошкообразного металлического кремния, а перед охлаждением суспензию дозируют порциями и подвергают термической обработке в течение 3 5 мин при 40 60^oС.A method for producing an agglomerated charge for ore thermal smelting of silicon, comprising dosing and mixing finely divided silica and carbon-containing materials with a sodium binder to form a suspension and cooling it, characterized in that a solution of liquid glass and powdered metal silicon is used as the binder, and the suspension is dosed before cooling portions and subjected to heat treatment for 3 5 min at 40 60 ^o C.

Images