Yfirlit yfir kísilmálmferlið
Kísilmálmur er framleiddur með kolvetnislækkun: kvars er brætt með kolefnisríku afoxunarefni í kafi ljósbogaofni, einnig lýst sem steinefnahitaofni. Lækkunin á sér stað við háan hita í hleðslunni sem umlykur rafskautsodda og fljótandi kísill safnast saman neðst í ofninum áður en honum er tapað.
Fyrsta-bræðsluefnið er kísill úr málmvinnslu með hreinleika á bilinu 97% til 98%, sem hentar fyrir álblöndur og til margra steypu- og málmvinnslunota. Til að ná efnafræðilegri einkunn er málmurinn hreinsaður til að fjarlægja ál, kalsíum og járn, sem gefur sílikon með hreinleika á bilinu 99,7% til 99,8% fyrir sílikon, hálfleiðara hráefni og aðrar efnaleiðir. Einkunnaheitin í víðtækri notkun eru byggð á tryggðu lágmarks kísilinnihaldi, til dæmis Si99, Si99.5 og Si99.7 samkvæmt GB/T 2881.
Hráefni og afoxunarefni
Ofnhleðslan hefur þrjú hlutverk að fylla: kísilgjafi, kolefnisgjafi og uppbygging sem hleypir gasi út á meðan hleðslan fer niður. Þessi samsetning er það sem gerir hleðsluundirbúning að viðkvæmasta hluta ferlisins.
Kísilgjafi: kvars eða kvarsít með hátt kísildíoxíðinnihald og lítið járn, ál og kalsíum
Afoxunarefni: jarðolíukoks fyrir lága ösku og mikið bundið kolefni, viðarkol fyrir hvarfvirkni og lága ösku og kol sem lægri-blandahluti
Uppbygging og gegndræpi: viðarflísar eða annað fyrirferðarmikið kolefnisefni sem heldur hleðslunni gljúpri og rafleiðandi
Stærðarflokkun: kvars er mulið og sigað í stýrt svið og afoxunarefni eru stærð þannig að þau aðskiljast ekki eða brúa í ofninum
Brú, aðskilnaður og of háar sektir eru klassískir hleðslugallar. Brú stöðvar niðurfall hleðslunnar og þvingar hita upp á meðan aðskilnaður truflar rafleiðina milli rafskauts og baðs. Hvoru tveggja er stjórnað með skimun og með því að halda hlutfalli grófs og fíns efnis innan þröngs bands.
Bogaofninn á kafi og bræðsluviðbrögð
Hringlaga eða rétthyrndur ofn með þremur sjálfbökunandi eða forbökuðum kolefnisrafskautum ber álagið. Rafskautsoddarnir eru grafnir í hleðslunni, boginn og viðnámshitun hleðslunnar veita orkuna og bráðinn kísill safnast fyrir neðan viðbragðssvæðið.
Hægt er að skrifa heildarlækkunina sem:
SiO2+ 2C → Si + 2CO
Í raun gerist umbreytingin í millistigum, þar sem kísilmónoxíð og kísilkarbíð taka bæði þátt:
SiO2+ C → SiO (gas) + CO
SiO + C → Si + CO
SiO2+ 3C → SiC + 2CO
SiC + SiO → 2Si + CO
Viðbragðshitastig á heitasta svæðinu er venjulega í kringum 1800 gráður til 2000 gráður. Kísilmónoxíð, sem myndast innandyra, getur sloppið út með -afgasinu og enduroxast í fíngerðan kísil, sem er fangað í gashreinsistöðinni sem söluvænt-aukaefni. Kolmónoxíð fer úr ofninum í gegnum hleðsluna og brennur fyrir ofan hleðsluyfirborðið.
Forgangsröðun ferlistýringar
Rafskautsstaða og aflgjafi: aðalstöngin á baðhita og á dýpt viðbragðssvæðisins
Kolefnisjafnvægi: of lítið kolefni skilur kísil óskertan, of mikið byggir upp kísilkarbíð í afninum og lokar fyrir hann
Hleðslublöndun og gegndræpi: stjórnar gasflæði, hitadreifingu og hættu á brúum
Smellingaráætlun: reglulegt snert heldur aflinn stöðugu og takmarkar að kísill fari- aftur inn í viðbragðssvæðið
Orkustyrkur: kísilbræðsla er rafmagnsfrek og neysla á hvert tonn af málmi er lykilkostnaður og losunarvísir fyrir verksmiðjuna
Afrakstur og endurheimt: Lágmarka verður kísil sem tapast sem fínefni í gasstraumnum og sem óskert efni í gjallinu
Hreinsun frá málmvinnslu til efnafræðilegrar einkunnar
Ofnkísill sem tapaður er með 97% til 98% hreinleika inniheldur ál, kalsíum og járn, aðallega tekið upp úr kvarsinu og afoxunaröskunni. Hreinsun fer fram í sleifinni frekar en ofninum.
Oxunarmeðferð: súrefni eða lofti er sprautað inn í fljótandi málminn, oxar ál og kalsíum helst
Slaggmeðferð: tilbúið eða hvarfgjarnt gjall gleypir oxíðafurðirnar og er fleytt af
Endurtekin hreinsun: Nokkrar sleifarmeðferðir í röð koma ál- og kalsíumleifum niður í efnafræðilega einkunn
Stýrð storknun og steypa: hægari storknun hvetur járn og önnur óhreinindi til að aðskiljast, þannig að hægt er að aðskilja hreinasta efnið
Mylja og skima: kældi málmurinn er brotinn og flokkaður og mjög mengaðir hlutir fjarlægðir
Eftir hreinsun nær kísilhreinleiki 99,7% til 99,8%, sem er inngangspunktur fyrir kísillframleiðslu og fyrir frekari uppfærslu í átt að rafrænum einkunnum.
Steypa, stærð og vörueyðublöð
Tappaður málmur er steyptur í mót eða á steypubeð, kældur og síðan mulinn. Vegna þess að kísill er brothætt brýtur málmurinn í hreina kekki frekar en sveigjanlega flís og álverið skimar vöruna í skilgreinda stærðarhluta.
Klumpastærðir til notkunar í málmvinnslu og áliðnaði
Fínefni og duftbrot sem myndast við mulning og skimun
Pakkað í poka, tunnur eða lausapoka með rakavörn, þar sem fínt sílikonduft getur oxast hægt í rökum geymslum
Einkunnir og umsóknarsvæði
| Vara | Kísil innihald | Óhreinindi iðkun | Aðalnotkun |
|---|---|---|---|
| Málmvinnslueinkunn, eins og tappað er | um 97–98% | hæsta magn fyrir járn, ál og kalsíum | álblöndur, almenn málmvinnsla |
| Si99 | 99,0% mín | hófleg mörk á járni og áli | málmblöndur, afoxun, almenn efnanotkun |
| Si99,5 | 99,5% mín | strangari mörk, stjórnað kalsíum | sílikon hráefni, hágæða málmblöndur |
| Si99.7 | 99,7% mín | lítið járn, ál og kalsíum eftir hreinsun | sílikon, efnafræðileg milliefni, rafeindatækni |
Efni sem valið er fyrir tiltekna notkun verður að passa við óhreinindamörk þeirrar notkunar, ekki aðeins kísilinnihaldið: ál og kalsíum eru þau frumefni sem oftast ákveða hvort mikið sé ásættanlegt fyrir efnabreytingu.
Algengar spurningar
Sp.: Hvaða hreinleika framleiðir ljósbogaofn beint?
Ofninn skilar kísil úr málmvinnslu með um það bil 97% til 98% hreinleika. Efnafræðileg einkunn, 99,7% til 99,8%, næst aðeins eftir hreinsun með sleif til að fjarlægja ál, kalsíum og járn.
Sp.: Af hverju er jarðolíukoks oft blandað við kol sem afoxunarefni?
Petroleum coke býður upp á mikið fast kolefni og litla ösku, en viðarkol eru hvarfgjarnari og hjálpar til við að viðhalda gegndræpi hleðslu. Blöndun tveggja jafnvægis hvarfgirni, kostnaðar og óhreinindaálags sem fer inn í ofninn.
Sp.: Af hverju er kísilkarbíðmyndun vandamál í ofninum?
Kísilkarbíð er eðlilegt milliefni, en ef kolefnisjafnvægið er of hátt safnast það upp í aflinn. Uppbyggingin-dregur úr vinnslumagni, truflar straumdreifingu og krefst að lokum að ofninn sé hreinsaður út.
Sp.: Hvað verður um slökkt-gasið?
Kolmónoxíð fer úr hleðslunni og brennur við yfirborðið og fíngerðum kísil sem berst með gasinu er safnað í gashreinsikerfið. Þessi míkrókísil er söluhæf aukavara- sem notuð er í eldföstum og steypunotkun.
Sp.: Af hverju þarf kvars að stærð svona vandlega?
Mjög fínt kvars hindrar gasflæði og mjög gróft kvars fer út af viðbragðssvæðinu áður en það minnkar. Stýrt stærðarsvið heldur hleðslunni gegndræpi og hleypir gasi framhjá á meðan hleðslan lækkar jafnt og þétt um rafskautin.
Sp.: Hversu orkufrek er framleiðsla kísilmálms?
Það er eitt raforkufrekasta-bræðsluferlið, vegna þess að lækkunin krefst viðvarandi hitastigs nálægt 2000 gráðum á Celsíus. Raforkunotkun á hvert tonn er ráðandi kostnaðarþáttur og verksmiðjur eru venjulega staðsettar þar sem afl er stöðugt og samkeppnishæft verð.
