Verfahren zur Herstellung von Siliziummetall

Siliziummetallwird in großem Maßstab durch die Reduktion von Siliciumdioxid, der in Sand vorhandenen chemischen Verbindung, mit Kohlenstoff in einem elektrischen Bogenofen erzeugt. Der Prozess umfasst mehrere Schritte, einschließlich der Herstellung von Rohstoffen, der Verringerung der Kieselsäure und der Verfeinerung von Siliziummetall.

Erstens werden Rohstoffe wie Kohle, Holzchips und Kieselsäure vor dem Reduzieren von Kieselsäure gründlich gemischt und getrocknet, um Feuchtigkeit zu entfernen. Dann werden die Materialien in einen elektrischen Bogenofen gelegt und auf eine Temperatur von etwa 2000 Grad erhitzt. Die Wärme wird durch einen elektrischen Bogen erzeugt, der zwischen zwei Graphitelektroden auf der Oberseite des Ofens erzeugt wird.

Zweitens wird der Mischung, sobald der Ofen auf die erforderliche Temperatur erhitzt wird, Pulverkoks oder Anthrazit hinzugefügt. Die Koks wirkt als Reduktionsmittel, das den Sauerstoff aus dem Siliciumdioxid zur Bildung von Siliziumdioxid und Kohlenmonoxid entfernt. Das Siliziumdioxid reagiert dann mit dem verbleibenden Kohlenstoff im Ofen zur Herstellung von Siliziummetall.

Zuletzt wird das aus dem elektrischen Bogenofen hergestellte Siliziummetall weiter verfeinert, um Verunreinigungen wie Schwefel, Phosphor und andere Metalle zu entfernen. Es wird dann zur weiteren Verarbeitung in Ingots geworfen oder als Rohstoff an andere Branchen verkauft.

Insgesamt ist das Siliziummetall-Herstellungsprozess ein energieintensives Verfahren, das eine sorgfältige Kontrolle der Ofentemperatur und die Zugabe von Reduktionsmitteln zur Herstellung von hochwertigem Siliziummetall erfordert. Das Endprodukt ist ein glänzendes, graues und spröder Metalloid, das in der Elektronik- und Solarindustrie weit verbreitet ist.

DerVerfahren zur Herstellung von Siliziummetallbeinhaltet die Reduzierung von Kieselsäure (SiO₂) mit Kohlenstoff in einem untergetauchten Lichtbogenofen (SAF) bei hohen Temperaturen. Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Aufschlüsselung:

1. Rohstoffzubereitung

Kieselsäure (sio₂): High-Purity-Quarz (größer oder gleich 99% SiO₂) wird verwendet.

Kohlenstoff Reduktanten: Petroleum Cola, Kohle, Holzkohle oder Holzchips.

Optionale Additive: Stahlchips (um die Schlackenbildung zu unterstützen).

2. Crushing & Mixing

Quarz wird in kleine Stücke zerkleinert (20-80 mm).

Kohlenstoffmaterialien sind gemahlen und in präzisen Verhältnissen mit Quarz gemischt (~ 3: 1 SiO₂: C).

3..

Die Mischung wird in einen elektrischen Bogenofen (Widerstandstyp, 1600–2000 Grad) eingespeist.

Elektroden (Graphit oder Söderberg) Versorgungsleistung (~ 10-35 MVA).

Schlüsselreaktionen:

SiO 2+2 C → Si +2 Co (Hauptreaktion)

SiO 2+ C → SiO+co (intermediate)

SiO+C → Si+Co (sekundär)

Verunreinigungen (Fe, Al, Ca) Formschlacke (regelmäßig entfernt).

4. Tippen und Verfeinerung

Molten Silizium (~ 99% Reinheit) wird aus dem Ofen gesteckt.

Verfeinerung (optional):

Schlackenbehandlung(Entfernt Oxide).

Gasspülung(O₂/cl₂, um Al, CA, CA) zu reduzieren.

Verfeinerung von Köpfen(für höhere Klassen).

5. Casting & Crushing

Silizium wird in Formen gegossen, abgekühlt und verfestigt.

Die Barren sind zerkleinert, dimensioniert und verpackt.

6. Klassifizierung durch Reinheit

METALLURGISCHER SILICON (MG-SI): 98–99,5% SI (in Aluminiumlegierungen, Silikonen verwendet).

Höhere Noten: Weiter verfeinert für Solar- (SOG-Si) oder Semiconductor-Verwendung.

Wichtige Herausforderungen

Hochenergieverbrauch(~ 10–14 mwh/ton si).

Emissionskontrolle(CO, SiO Gas, Staub).

Verunreinigungsmanagement(Fe, Al, Ca, B, P).

Umweltüberlegungen

Co₂ -Emissionen: Aus Kohlenstoff Reductant (~ 5–6 Tonnen Co₂/Tonne Si).

Abfallschlacke: Kann im Bau recycelt werden.

Gasbehandlung: Filter erfassen Sio₂ Staub.

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