Введення
Кремній - один з найпоширеніших у природі елементів. Зміст його в земній корі 27,6%; атомна маса 28,09. Основні фізичні властивості: щільність при 20 ° С 2,33 г/см3; температура плавлення 1 440 ° С; температура кипіння 2630 ° С. За хімічними властивостями кремній -металлоід; по електричних властивостях він ставиться до напівпровідників, але при 1000 ° С стає добрим провідником струму. Весь кремній в природі знаходиться у вигляді хімічних сполук. З киснем він утворює стійке хімічна сполука оксид кремнію SiO- кремнезем. Температура плавлення кремнезему 1713 ° С, щільність 2,65 г/см3. Вміст кремнезему та його сполук у земній корі становить 58,2%. Найбільш поширеними мінералами в природі є: кварц, кварцові піски і кварцити.
Кристалічний кремній застосовується в основному для виробництва різних сплавів, а також у хімічній, електротехнічній промисловості та інших областях техніки. Кристалічний кремній отримують відновленням SiO2 вуглецем в електродугових печах.
Метою даної курсової роботи є побудова фізико-хімічної моделі отримання кремнію в руднотермічних печі за допомогою програмного комплексу «Селектор - W».
Теоретична частина
Сировина і вуглецеві відновники, що застосовуються при виробництві кремнію
Для виробництва кристалічного кремнію електротермічним способом використовують кварц і кварцити. Кварцит - це гірська порода, що складається із зерен кварцу, зцементованих між собою в основному кремнеземом. До хімічного складу вихідної сировини для виробництва кремнію пред'являються більш високі вимоги, ніж до сировини для виробництва алюмінієво-кремнієвих сплавів. Це пояснюється тим, що електротермічне відновлення кремнію - процес безшлакового. Присутні в сировині оксиди інших елементів при рудовосстановітельних плавці частково відновлюються і переходять в кремній, забруднюючи його, а головне - утворюють різного складу шлаки. При утворенні навіть відносно невеликих кількостей шлаків проведення процесу вкрай утруднюється, а техніко-економічні показники його різко погіршуються. Основне джерело надходження домішок у сировині-супутні порожні породи, в яких залягають кварц і кварцити. Велика частина домішок знаходиться на поверхні шматків кварцу і кварциту у вигляді намазок і кальцийсодержащих корок. Для видалення таких домішок сировину перед рудовосстановітельних плавкою піддають попередній обробці, що полягає в подрібненні його і відмиванні водою глинистих намазок. Кварц або кварцит для плавки на технічний кремній надходять у вигляді шматків розміром 20-80 мм, які повинні володіти певною механічною міцністю. Механічна міцність залежить від вмісту домішок у сировині. Таким чином, сировина для виробництва кристалічного кремнію повинна мати певний гранулометричний склад і містити мінімальну кількість домішок. У ньому повинно міститися не менше 98% кремнезему (SiО) і не більше 0,4%, 0,6%, 0,25% CaO.
Для отримання кремнію в РТП приємним вуглецеві відновники повинні володіти наступними фізико-хімічними властивостями:
? Низькою зольністю (бажано, щоб зола містила максимально високу кількість шлакоутворюючих елементів);
? Високою реакційною здатністю (р.с.);
? Слабкою схильністю до утворення впорядкованої графитной структури, що впливає на умови проведення відновного процесу в печах;
? Оптимальним гранулометричним складом;
? Високою питомою електричним опором (УЕС), що забезпечує роботу печі на більш високому робочому положенні (отже, і при стабільних електричних характеристиках); високе УЕС забезпечує більш глибоку посадку електродів, зменшення виносу пічними газами проміжного продукту - газоподібного нижчого оксиду кремнію - за межі робочого простору електропечі і поліпшення теплової енергії;
? Доброю термостійкістю, що виявляється в стійкості до стирання і раздавливанию в умовах високих температур колошника печі;
? Достатньою механічною міцністю (по можливості максимально виключає утворення дрібних фракцій УВ);
? Низькою щільністю, забезпечує найкраще розпушення колошникового шару шихти;
? Постійністю хімічного складу;
? Досить хорошою газопроницаемостью, що сприяє рівномірному виділенню газів на колошнике печі;
? Прийнятною вартістю.
Результати досліджень та заводські випробування свідчать про те, що при виплавці кремнію в електропечах хід технологічного процесу істотно розрізняється при використанні різних УВ (табл 1.). Вологість (Wp), зміст летючих речовин (Vг), склад і кількість золи (Ас) - дані характеристики є показникам...
