DK153849B - Fremgangsmaade til fremstilling af silicium- og carbonholdige raastofblandinger til brug ved fremstilling af silicium eller siliciumlegeringer - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af silicium- og carbonholdige råstofblandinger til brug ved fremstilling af silicium eller siliciumlegeringer, specielt ferrosiliciumlegeringer, i elektroovne, hvorved man blander en finkornet siliciumforbindelse med finkornet kulstof og eventuelt en eller flere andre carbonholdige forbindelser og briketterer den fremkomne blanding. Ved "si-liciumforbindelse" forstår man inden for opfindelsens rammer forbindelser indeholdende SiC^» eksempelvis sand, formalet kvarts og lignende forbindelser. Elektroovnene, hvori fremstillingen af silicium eller siliciumlegeringer-ne finder sted, er i almindelighed elektroskaktovne, omend man også kan arbejde med andre typer af elektroovne.

Inden for den kendte teknik tilfører man almindeligvis yderligere blandingen et bituminøst bindemiddel, eksempelvis stenkulstjære. Som følge deraf er briketteringen en bindemiddelbrikettering. De således fremstillede råstofblandinger er flydende i elektroovnen, hvori fremstillingen af silicium eller siliciumlegeringerne gennemføres. Inden for den kendte teknik er det også velkendt, at man kan gennemføre briketteringén uden bindemiddel i kold tilstand under højt tryk. Imidlertid vil råstofblandinger fremstillet på denne måde nedbrydes i en elektroovn.

I praksis har man derfor ikke kendskab til, at råstofblandinger, der fremstilles som beskrevet, kan anvendes til udvinding af silicium eller siliciumlegeringer i elektroovne. I korthed skal følgende anføres med hensyn til den kendte teknik og med hensyn til de foreliggende problemer:

Udvindingen af silicium og siliciumlegeringer fra SiC^, tilvejebragt i form af sand eller bearbejdede kvartsformer, foregår hovedsageligt i elektroovne, og man gør i så fald brug af tilblandede kulstofformer såsom koks, petroleumskoks, kul, trækul, træ, savsmuld og lignende. I praksis foreligger et stort antal fremgangsmåder, som af de enkelte producenter i vid udstrækning har været hemmeligholdt. Det er et sikkert holdepunkt herfor, at der arbejdes efter empiriske synspunkter, og at tilberedningen af de forbindelser, der skal indføres i elek-troovnen, ikke kan gennemføres efter eksakte fysisk-kemiske synspunkter. Hvis man således i første omgang betragter reduktionen af SiC^ med kulstof som en reaktion imellem to faststoffaser, kan man som det første skridt hen imod SiO antage en diffusion som værende den hastighedsbestemmende reaktion. Det gasformige SiO reagerer derefter med det nærmest værende kulstof, men kan også via huller i ovnforingen undslippe og kondensere i de koldere dele af ovnen. Imidlertid fordrer begge reaktionsformer en tæt kontakt imellem Sii^ og reduktionsmidlet. Af denne grund blander man de to udgangsstoffer i form af fine formalinger homogent med hinanden. I en elektro-ovn er støvformige materialer imidlertid vanskelige at håndtere, således at formalingen og homogeniseringen foretages efter en sammenpresning. Dette giver de oven for beskrevne problemer. I øvrigt har man også forsøgt at omdanne blandingen til tilsvarende koks i klassiske kammerovne. Dette lod sig ikke gøre, eftersom brændbarheden af de -bedste fede kul (også efter tilsætning af tjære) ikke er tilstrækkelig til at binde mere end 20% af den siliciumholdige forbindelse til koksenes kulstof-skelet, hvilket skal sammenholdes med, at mængden af den siliciumholdige forbindelse af støkiometriske årsager skal være 60 til 70%.

Det er derfor formålet med den foreliggende opfindelse at gennemføre den ovennævnte metode på en sådan måde, at der dannes råstofblandinger, som i elektroovnen kan imødekomme alle krav med hensyn til stabilitet, ledningsevne, reduktionsforhold og støkiometri.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at den fintfordélte siliciumforbindelse blandes med bagende kul, og eventuelt andre kulstofforbindelser, idet man anvender så store mængder, at den samlede mængde carbon udgør omkring 40 vægt-% i forhold til siliciumforbindelsens indhold af εΐθ2* hvorefter blandingen ved en temperatur på mellem 350 og 550 °C omdannes til den ønskede råstofblanding ligesom ved bindemiddel-fri varmbrikettering af stenkul* Ifølge en fo-retrykken udførelsesform for opfindelsen omdannes blandingen til råstofbriketter med en vægt på mellem 10 og 100 g, fortrinsvis 20 til 60 g. En velegnet fremgangsmåde er karakteriseret ved, at man blander 60 til 70 vægt-% af den siliciumholdige forbindelse, ·20 til 30 vægt-% bagende kul og lo til 20 vægt-% andre kulstofforbindelser, såsom ikke-bagende kul og/eller koks og/eller petroleumskoks og/eller organiske forbindelser·, idet man naturligvis overholder det ovennævnte forhold i-mellem carbon og S1O2. Derefter varmbriketterer man denne blanding som beskrevet ovenfor.

Ved varmbrikettering forstås en bindemiddel-fri brikettering af stenkul, hvorved det finkornede kul opvarmes og presses i varm tilstand. Varmbrikettering af stenkul har hidtil ikke vundet udbredelse i større målestok, hvilket fremgår af Lueger Lexikon des Bergbaues, side 130, Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart (1962). Endvidere lader finkornet stenkul sig kun forarbejde til briketter med tilfredsstillende resultater, når der også benyttes et bindemiddel. Dette er især tilfældet, når briketterne også iblandes andre bestanddele, såsom metaloxider.

Af denne grund er det i forbindelse med varmbrikettering ved fremstilling af malm- og koksholdige briketter velkendt at sætte tjære, beg, jordoliebitumen eller lignende til de formalede bagende kul, inden disse briketteres; se DE offentliggørelsesskrift nr. 2 335 669.

Det har nu overraskende vist sig, at man kan foretage en bindemiddel-fri varmbrikettering af stenkul og S1O2 ved at anvende fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og herved opnår man råstofbriketter, som kan videreforarbej-des i en elektroovn, idet der praktisk taget ikke sker nogen nedbrydning af briketterne i elektroovnen.

Ved beregning af brikettens sammensætning er det mest praktisk at gå ud fra det støkiometriske forhold:

Si02 + 2C -5* Si + 2 CO

60 + 24 = 28 + 56, svarende til, at 1000 kg Si02 kræver 400 kg C, eller at

71.4 kg Si02 kræver 28,6 kg C, eller at 2,5 kg Si02 kræver· ‘1,0 kg C

Det er velkendt, at med hensyn til bindemiddelforbindel-sen spiller den ydre overflade af materialet, der skal briketteres, en væsentlig rolle. Denne overflade afhænger som helhed af kornopbygningen og mikrostrukturen i kornoverfladen. Kornenes indre overflade kan man i de fleste tilfælde se bort fra. Denne kendsgerning medfører, at der for en given ens kornstørrelse og overfladestruktur i forskellige materialer, der skal briketteres, kræves det samme bindemiddelvolumen. Hvis man omregner blandingens masseandele, aftager bindemidlets andel med stigende specifik masse af materialet, der skal briketteres. Omsætter man kulstofforbindelsen i den varme briket, som også benævnes formkoks, med kvarts, stiger den specifikke masse af materialet, der skal bri- 3 ketteres, fra 1,2-1,5 til 2,65 g/cm . Dette medfører, at den nødvendige mængde bindemiddel kan sænkes fra 30 t 3% til 22 t 3%. Alt efter omfang og indhold af flygtige bestanddele i det anvendte bindingskul forbliver der efter varmbriketteringen et indhold af kulstof på omkring 16.5 t 2.% tilbage. Den støkiometriske beregning giver herefter, at denne mængde kulstof er for lille. En stigning i kulstofindholdet kan frembringes ved at forhøje mængden af bindingskul eller ved at tilsætte forskellige ikke-bagende kulstofforbindelser såsom anthracit, petroleumskoks, svovlkoks eller højtemperaturkoks, som alle kan indføres i blandingen i stedet for kvarts. Hvis man indfører ikke-bagende kulstofforbindelser, må man af de ovennævnte årsager også foretage en passende forhøjelse af mængden af bindingskul.

Opfindelsen illustreres nærmere ved de følgende eksempler. EKSEMPEL 1: 63>5 massedele sand plus 36,3 massedele bagekul. Ved et kulstofudbytte fra kullet på 70% opnås følgende forhold: 63,5 massedele sand plus 25,55 massedele kulstof eller 1000 kg sand til 402 kg kulstof.

Resultatet svarer til den støkiometriske beregning. I industriel praksis vil man i de tilstræbte forhold også tage hensyn til, at kulasken indeholder omkring 50% S1O2, som ligeledes reduceres og behøver en tilsvarende mængde kulstof.

EKSEMPEL 2: 66 Massedele sand plus 12 massedele petroleumskoks plus 22 massedele bagendé kul. Kulstof udbyttet fra petroleumskoksene andrager 90%, og udbyttet fra kullene er 70%.

66 Dele sand plus (10,8 + 15,4) dele kulstof eller 1000 kg sand plus 397 kg C.

Resultatet svarer ikke helt til den støkiometriske beregning. Også her må man foretage en korrektion, der tager hensyn til asken fra de bagende kul.

Eksemplerne viser, at med hensyn til brikettering ved 350-550 °C kan fordringerne til reduktion af kulstofindholdet opfyldes, således at der ikke er noget til hinder for at anvende disse varmebriketter i elektroovne til fremstilling af silicium og siliciumlegeringer.

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af silicium- og carbon-holdige råstofblandinger til brug ved fremstilling af silicium eller siliciumlegeringer, specielt ferrosilici-umlegeringer, i elektroovne, hvorved en finkornet siliciumforbindelse blandes med findelt kulstof og eventuelt en eller flere andre carbonholdige forbindelser, hvorefter blandingen briketteres, k e n d e t e gUn e t- ved, at den finkornede siliciumforbindelse blandes med bagende kul, og eventuelt andre kulstofforbindelser, idet der anvendes så store mængder, at den samlede mængde carbon udgør omkring 40 vægt-% i forhold til siliciumforbindelsens indhold af Si02#· hvorefter blandingen ved en temperatur på mellem 350 og 550 °C ligesom ved bindemid-del-fri varmbrikettering af stenkul omdannes til en råstofblanding.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at blandingen briketteres til en fåstofblanding med en vægt på mellem 10 og 100 g, fortrinsvis mellem 20 og 60 g.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at man blander 60 til 70 vægt-% af en siliciumforbindelse, 20 til 30 vægt-% bagende kul og 10 til 20 vægt-% andre kulstofforbindelser, såsom ikke-bagende kul og/eller koks og/eller petroleumskoks og/eller organiske forbindelser, hvorefter man varmbriketterer denne blanding.