NO144845B - Fremgangsmaate ved smelting og rensing av silicium - Google Patents

Description

Som utgangsmateriale forofremstilling av siliciumorganiske forbindelser og for fremstilling av superrent silicium fra silicium-kloroform anvendes vanligvis malt silicium inneholdende minst 98% silicium. Omsetningen av det malte silicium utføres som regel i hvirvelskiktovner. Disse ovner er imidlertid særpregede ved at de alltid bare kan bearbeide støv med et visst kornstørrelsesom-råde. Et for grovt støv blir ikke opphvirvlet, mens derimot et for fint støv blåses ut av hvirvelskiktet. Det findelte støv som avgis fra hvirvelskiktet, må vrakes. Dessuten overføres en del av støvet til produktet og virker forstyrrende ved den påfølgende destillasjon. Det har derfor vist seg gunstig å sikte bort det meget findelte støv som dannes ved nedmalingen. Dette kan dreie seg om betydelige prosentuelle mengder. Som et eksempel kan det nevnes at innen kornstørrelsesområdet opp til 3 50 |im kan det fore-komme ca. 30% av et meget findelt støv med en kornstørrelse under 50 pn. Dette meget findelte støv som således dannes i store mengder, er et vrakmateriale og gir et økonomisk tap på grunn av den høye pris for silicium.

Forsøk på igjen å smelte siliciumstøvet ved fremstilling av silicium i metallurgiske ovner og derved igjen anvende silicium-støvet har ikke gitt et positivt resultat. Dessuten er det ved anvendelse av disse ovner ikke mulig å befri siliciumet for slike forurensninger som aluminium og kalsium.

Det tas således ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe

en fremgangsmåte ved smelting og rensing av silicium.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved smelting og rensing av silicium,spesielt ved opparbeidelse av siliciumstøv, og fremgangsmåten er særpreget véd at silicium smeltes i minst halvparten og inntil den dobbelte mengde av en silikatsmelte som er 'blitt oppvarmet til minst 142 0°C ved hjelp av motstandsoppvarming og som består av 2-30 vekt% kalsiumoxyd og 5-35 vekt% magnesiumoxyd, idet summen av kalsiumoxyd og magnesiumoxyd skal utgjøre 15-38 vekt%, 0,5-28 vekt% aluminiumoxyd og 45-70 vekt% siliciumdioxyd, eventuelt også 0,1-15 vekt% kalsiumfluorid og/ eller magnesiumfluorid, idet det tilsettes minst 0,29 vekt%, fortrinnsvis 0,50-3 vekt%, elementært og/eller kjemisk bundet kobber, basert på siliciummengden, hvorefter silicium tas ut fra smeiten.

Ved den foreliggende fremgangsmåte har det lykkes å kunne gjenanvende det hittil uanvendbare findelte siliciumstøv. Silicium-støvet flyter under de betingelser som foreliggende fremgangsmåte utføres ved, sammen til en sammenhengende smelte som er dekket av silikatsmelten og kan fjernes fra smelteovnen adskilt fra silikatsmelten.

Den samme effekt kan iakttas ved smelting av grovstykket silicium....

Rensevirkningen ved den foreliggende fremgangsmåte.beror på at aluminium- og kalsiuminnholdet i det tilførte silicium senkes. Som et eksempel kan hevnes at på denne måte kan silicium med et aluminiuminnhold av under 0,07 vekt% og et kalsiuminnhold av under 0,05 vekt% oppnåes.

Silikatsmelten inneholder 2-30,vekt%, kalsiumoxyd og 5-35 vekt% magnesiumoxyd, idet summen av kalsiumoxyd og magnesiumoxyd skal utgjøre 15-38 vekt% av den samlede smelte. Dessuten skal smeiten inneholde 0,5-28 vekt% aluminiumoxyd og 45-70 vekt% siliciumdioxyd. I en rekke tilfeller synes det gunstig å senke viskositeten for silikatsmelten ved å .tilsette 0,1-15 vekt% kalsiumfluorid og/eller magnesiumfluorid. For å forene siliciumsmelten i silikatsmelten må dessuten minst 0,29 vekt% kjemisk bundet og/eller elementært kobber'foreligge i silikatsmelten. Disse smelter har fortrinnsvis sur karakter.

Som kjemisk bundet kobber kan uorganiske eller organiske kobbérforbindelser, kobberlegeringer eller opparbeidede kobber-mineraler med minst 20 vekt% kobber anvendes. Fortrinnsvis til-føres kobberet i elementær form, f.eks. som trådgranulat.

Den tilsatte mengde kobber beror også på det tilsatte siliciums stykkstørrelse. Når siliciumstøv smeltes, fås en vesentlig roligere ovnsgang enn ved smelting av grovstykket silicium med ca. en knyttneves størrelse. Jo mer turbulent smelteforløpet er, desto større må naturligvis den tilsatte kobbermengde være. Som en generell regel kan det angis at når findelt silicium smeltes, er det vanligvis nødvendig med en tilsetning fra 0,29 vekt% av siliciumet for å oppnå den ønskede effekt, mens det ved smelting av grovstykket silicium imidlertid er nødvendig med minst 6,50 vekt% kobber. Oppad er den anvendte kobbermengde prinsipielt bare begrenset av økonomiske avveininger når det tas i betraktning at det ved større anvendte kobbermengder fås silicium-legeringer med et tilsvarende høyere kobberinnhold.

Som smelteovn kan f.eks. en elektrisk mbtstandsovn med stampet kullforing og med én eller flere grafittelektroder anvendes. Silikatsmeltens bestanddeler antennes ved hjelp av en lysbue og oppvarmes derefter ved elektrisk motstandsoppvarming til en temperatur over smeltepunktet for silicium, og derefter tilføres siliciumstøvet porsjonsvis eller også støtvis. Når chargen er blitt fullstendig gjennomsmeltet, kan det metalliske silicium tappes.

Under smelteforløpet begynner smeiten å bli urolig. På dette tidspunkt tilføres fortrinnsvis kobberet til smeiten, hvorefter ovnsgangen blir roligere.

Utbyttet av siliciumsmelte målt i forhold til den tilførte mengde silicium er vanligvis ca. 90%.

Den samme silikatsmelte kan anvendes flere ganger, opp til

20 ganger, for igjen å smelte siliciumstøv. Anvendbarheten av silikatsmelten er da fullt utnyttet når siliciumet på grunn av f.eks. en øket viskositet i smeiten ikke lenger oppsamles sammenhengende på bunnen av silikatsmelten. Det er da nødvendig å

vrake f.eks. halvparten av silikatsmelten og å erstatte denne med nye bestanddeler. Derefter kan en videre bearbeidelse ut-føres på samme måte. Silikatsmeltens sammensetning forandres på den- ene side på grunn av tilførselen av siliciumdioxyd som dannes ved oxydasjon av det tilsatte siliciumstøv, og på den annen side på grunn av tilførselen av aluminium- og kalsiumoxyd

som dannes som oxydasjonsprodukter av forurensningene i det til-førte siliciumstøv.

Eksempel

Ca. 3 tonn av de i tabell 1 angitte slaggbestanddeler ble hver gang smeltet i en elektrisk motstandsovn med stampet kullforing og grafittelektroder. Derefter ble ca. 2,7 tonn silicium tilført;og da ovnsgangen ble urolig, ble de i tabell 1 angitte kobbermengder tilført til smeiten. Efter at alle faste bestanddeler var blitt fullstendig smeltet, ble den sammenflytede siliciumsmelte tappet. Det kunne hver gang erholdes mellom 2,4 og 2,5 tonn silicium i smeltet tilstand. Utbyttet var således 88,8-92,5% i forhold til det tilførte silicium. Rensevirkningen fremgår av de analyseverdier som er gjengitt i tabell 1. Ad-skillelsen mellom slagg og metallfase var god med unntagelse av ved forsøk 5.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved smelting og rensing av silicium, spesielt ved opparbeidelse av siliciumstøv, karakterisert ved at silicium smeltes i minst halvparten og inntil den dobbelte mengde av en silikatsmelte som er blitt oppvarmet til minst 1420°C ved hjelp av motstandsoppvarming og som består av 2-30 vekt% kalsiumoxyd og 5-35 vekt% magnesiumoxyd, idet summen av kalsiumoxyd og magnesiumoxyd skal utgjøre 15-38 vekt%,0,5-28 vekt% aluminiumoxyd og 45-70 vekt% siliciumdioxyd, eventuelt også 0,1-15 vekt% kalsiumfluorid og/ eller magnesiumfluorid, idet det tilsettes minst 0,29 vekt%, fortrinnsvis 0,50-3 vekt%, elementært og/eller kjemisk bundet kobber, basert på siliciummengden, hvorefter silicium tas ut fra smeiten.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en silikatsmelte som dessuten inneholder 0,1-15 vekt% kalsiumfluorid og/ eller magnesiumfluorid.