Способ выплавки кристаллического кремния

(51) 22 4/00 (2006.01) 01 33/12 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к металлургии ферросплавов,конкретно к выплавке кристаллического кремния методом электротермии. Решаемой задачей изобретения является получение кристаллического кремния с содержанием базового элемента - кремния более 99,3 , путем использования чистого, по содержанию вредных примесных элементов,кремнеуглеродистого материала продукта пиролиза рисовой шелухи, обеспечивающего полную или частичную замену твердых углеродистых восстановителей и исходного минерального сырья - кварца. При отношении кварца к продукту пиролиза рисовой шелухи(0,50,8)1,0 достигается наиболее полное извлечение кремния и его содержание в металле более 99,3 .(72) Ким Василий Анатольевич Толымбеков Манат Жаксыбергенович Жарменов Абдурасул Алдашевич Ким Сергей Васильевич Кударинов Сагинтай Хинаятович(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Химикометаллургический институт им. Ж. Абишева Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан(56) Предварительный патент РК 16101, кл. С 22 В 4/00, С 22 В 33/12, 2004(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ 23879 Изобретение относится к металлургии ферросплавов,конкретно к выплавке кристаллического кремния методом электротермии. Существующие способы выплавки кристаллического кремния включают совместное проплавление шихты, состоящей из кварца и твердых восстановителей в виде древесного угля,нефтяного кокса и древесной щепы (Гасик М.И.,Лякишев Н.П. Теория и технология электротермии ферросплавов, М. СП Интермет Инжиниринг,1999). Соотношение в шихте твердых восстановителей древесного угля, нефтяного кокса и древесной щепы принимается (по массе) 511. Основными восстановителями являются древесный уголь и нефтяной кокс,отличающиеся низкими показателями по зольности (не более 4 ). При повышенной зольности наблюдается восстановление оксидов алюминия и железа, их переход в металл, что сопровождается выплавкой не кремния, а ферросилиция. Основным недостатком известного способа является использование нефтяного кокса и как основного восстановителя древесного угляматериалов дефицитных и дорогостоящих, а также низкое извлечение кремния - не более 67(Черных А.Е. Теоретические и прикладные аспекты подготовки шихты для выплавки кремния Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. Иркутск, 1994). Наиболее близким к данному изобретению является способ выплавки кристаллического кремния, включающий совместное проплавление в руднотермической печи кварца и углеродистого восстановителя, в качестве которого используется кокс зольностью 2,4-2,8 и газовый уголь при их соотношении 51 (Предварительный патент РК 16101, бюл.8, 15.08.2005). Низкозольный кокс зольностью 2,4-2,8 получают из низкозольного газового угля методом термоокислительного коксования. Для обеспечения заданной зольности кокса (2,4-2,8 ) необходимо использовать газовый уголь, в котором показатель зольности не должен превышать 1,2 . Основным недостатком известного способа является необходимость использования исходного угольного сырья (газового угля) зольностью не превышающей 1,2 , а также низкое содержание в металле базового элемента - кремния, не более 99,2 . Газовые угли с таким содержанием зольности очень дефицитны. В частности, газовые угли марки Д месторождения Шубарколь(Республика Казахстан), обладают наиболее низким показателем зольности и эта величина составляет 2-4 и более . Решаемой задачей изобретения является получение кристаллического кремния с содержанием базового элемента - кремния более 99,3 , путем использования продукта пиролиза природного сырья растительного происхождения рисовой шелухи, являющейся отходом рисового производства. Продукт пиролиза рисовой шелухи представляет собой гомогенную смесь аморфных высокоактивных углерода ( 45 мас. ) и диоксида кремния ( 55 мас. ), в котором суммарное содержание вредных примесных элементов не превышает 0,3 . По структурному состоянию продукт пиролиза рисовой шелухи характеризуется как композиционный материал, состоящий из углеродных и кремний содержащих наноструктур. Таким образом, тесная взаимосвязь между атомами углерода и диоксида кремния способствует, в процессе выплавки кристаллического кремния,активному их взаимодействию и, как следствие,повышению интенсивности восстановительного процесса. Поставленная задача достигается совместным проплавлением в рудно-термической печи кварца и продукта пиролиза рисовой шелухи. Соотношение в шихте количества кварца и продукта пиролиза рисовой шелухи,при полной замене восстановителей,принимается близким к стехиометрии и составляет (0,510,8)1,0. При частичной замене восстановителей данное соотношение может быть иным. Благодаря низкому содержанию вредных примесных элементов таких как оксиды железа и алюминия(суммарное содержание их менее 0,3 ),содержание базового элемента в металле - кремния превышает 99,3 . Таким образом, достигаемым техническим результатом является повышение содержания базового элемента в металле до 99,3 и выше. Продукт пиролиза получают путем термообработки отхода рисового производства рисовой шелухи. Отличительной особенностью данного продукта является развитая пористая структура и, как следствие, высокая реакционная способность и удельное электрическое сопротивление. Указанные параметры представляют особую важность для электротермии кремния, т.к. высокая активность углерода и способность шихты воспринимать более высокую электрическую нагрузку позволяет интенсифицировать процесс плавки, проводить ее при более высоких температурах, что является условием для увеличения степени извлечения кремния. Пример. Продукт пиролиза рисовой шелухи по техническому и химическому составу представляет собой смесь высокоактивных компонентов,состоящей из углерода и диоксида кремния. Суммарное содержание оксидов алюминия и железа в нем не превышает 0,3 . Показатели извлечения кремния при различных соотношениях кварца и продукта пиролиза рисовой шелухи приведены в таблице. 23879 Таблица Показатели Задано, кг Кварц Продукт пиролиза рисовой шелухи Соотношение кварцпродукт пиролиза рисовой шелухи Извлечение кремния,Химический состав металла,кремний алюминий железо Таким образом, при соотношении кварца и продукта пиролиза рисовой шелухи (0,510,8)1,0(средняя доля кварца 0,65) содержание кремния в металле составляет 99,5 , что выше по сравнению с прототипом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ углеродистого восстановителя в руднотермической электропечи, отличающийся тем, что в качестве углеродистого восстановителя используют продукт пиролиза рисовой шелухи. 2. Способ по п.1 отличающийся тем, что при полной замене восстановителей отношение кварца к продукту пиролиза рисовой шелухи составляет 1. Способ выплавки кристаллического кремния,включающий совместное проплавление кварца и