Термодинамічний аналіз взаємодії компонентів у системі SIO2-C: вдосконалення технологічного процесу виробництва технічного кремнію
DOI:
https://doi.org/10.15330/pcss.22.2.345-352Ключові слова:
Електрокарботермія кремнію, Термодинамічна оптимізація, Плазмохімічна піч-реактор, газифікація, відновлення, ЕкстракціяАнотація
З метою виявлення шляхів удосконалення технологічного процесу виплавки кристалічного кремнію технічної чистоти, проведено термодинамічний аналіз взаємодії компонентів в системі SiO2-C, який вказав, що основним фактором отримання високоякісного технічного кремнію є виключення накладання процесу карбонізації кремнію, що можливо проведенням двохстадійної карботермічної реакції відновлення, коли спершу забезпечується неповне відновлення кремнезему (SiO2) твердим вуглецем (C), що супроводжується виділенням нових реагуючих газових компонентів ‑ SiO і CO, подальша взаємодія яких призводить до утворення цільового продукту ‑ технічного кремнію, придатного для виробництва сучасних перетворювачів сонячної енергії. Встановлено, що основною умовою високоефективного проведення процесу відновлення є дрібна фракційність (< 1 мм), застосування кварцитової руди, з підтримкою раціонального температурного діапазону для її карботермічного відновлення (1688 - 2000 К). Експериментально показано, що оптимальним технічним рішенням здійснення пропонованого відновного процесу є проведення плавки в спеціальній плазмохімічній печі-реакторі з єдиним рідкометалічним струмопровідним електродом, із зворотною вертикальною подачею реакційних газів, що виділяються на першій стадії. Ступінь вилучення кремнію в середньому складав 95 %, а ступінь його чистоти ‑ 97.2 %.
Посилання
GOST 19658-81. Monocrystalline silicon in ingots. Specifications (In Russian).
Ya.S. Belova, Science, technology and education 5(58), 54 (2019) (In Russian); https://cyberleninka.ru/article/n/vidy-preobrazovateley-solnechnoy-energii.
GOST 2169-69. Technical silicon. Specifications. (In Russian).
N.I. Nemchinova, Development of the theory and practice of obtaining high-purity silicon by the carbothermal method. Abstract of the thesis on degree of Doctor of Technical Sciences (Irkutsk, 2010) - 40 p. (In Russian).
A.E. Anikin, G.V. Galevskii, V.V. Rudneva, Izvestiya. Ferrous Metallurgy 59(2), 105 (2016); https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-2-105-111.
G.G. Gvelesiani, D.Sh. Tsagareishvili, A.A. Nadiradze, Thermodynamics of oxygen compounds of rare earth metals at high temperatures (Metsniereba, Tbilisi, 1983) (In Russian).
Thermal constants of substances. Under. ed. of V.P. Glushko (Moscow: VINITI, Issue. 1-10, 1965-1980) (In Russian).
O. Kubashevsky, S. Alcock, Metallurgical thermochemistry (Moscow: Metallurgy, 1982) (In Russian).
A.M. Krestovnikov, L.P. Vladimirov, B.S. Gulyanitsky, A.Ya. Fisher, Handbook for the calculation of metallurgical reactions (Moscow: 1963) (In Russian).
N.G. Ageev, Metallurgical calculations using the HSC Chemistry application package: Auxiliary book / N.G. Ageev, S.S. Naboichenko. - Ekaterinburg: Ural Publishing House (Ural University, 2016) (In Russian); https://elar.urfu.ru/handle/10995/40659.
A. Nadiradze, I. Baratashvili, I. Pulariani, K. Ukleba, Bull. Geor. Nat. Acad. Sci, 3(2), 96 (2009); http://science.org.ge/old/moambe/3-2/Nadiradze.pdf.
I. Janelidze, Thermodynamic analysis of the process of obtaining of chrome and its alloys. Monographic (Tbilisi, 2012) (In Georgian).
H.H. Ali, M.H. El-Sadek, M.B. Morsi, K.A. El-Barawy & R.M. Abou-Shahba, Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy 118(2), 143 (2018); http://dx.doi.org/10.17159/2411-9717/2018/v118n2a7.
A.G. Karengin, Plasma technologies for processing substances (Tomsk: TPU, 2008) (In Russian); https://www.twirpx.com/file/2589469/.
E.P. Bolshina, Ecology of metallurgical production. Novotroitsk (NF NITU, "MISiS", 2012) (In Russian); http://nf.misis.ru/download/mt/Ekology_metallurg_proizvodstva.pdf.
V.Ya. Dashevsky, A.A. Aleksandrov, A.V. Zhdanov, V.I. Zhuchkov, L.I. Leontiev, Steel 8, 20 (2017); https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29870992.
G.V. Jandieri, D.V. Sakhvadze, Duplex furnace for processing manganese-containing industrial waste with the ability to produce low-phosphorus manganese ferroalloys. VI-th Annual International Scientific and Technical Conference "Key Issues of Development of the Electrometallurgical Industry" (Ukraine, Kiev, 2014). P. 41 (In Russian).
B.I. Mikhailov, Thermophys. Aeromech. 17, 397 (2010) (In Russian); https://doi.org/10.1134/S086986431003011X.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
