Введение к работе
Актуальность темы. Производство технического кремния - сложный технологический процесс, сопровождающийся образованием больших количеств пылевых отходов, в среднем на 1 тонну выпускаемого кремния приходится до 900 кг пылевых отходов, поиск путей возвращения в производство которых остается актуальным, несмотря на неоднократно предпринимаемые попытки решить эту проблему.
Известно, что колошниковая пыль состоит в основном из частиц мелкодисперсного кремнезема и восстановителя (древесного и каменного углей, нефтекокса и древесной щепы). Группой исследователей предложен способ окусковання пылевых отходов кремниевого производства жидким стеклом. Полученная ;ВЫсокопористая шихта - так называемая пеношихта обладает необходимыми физико-химическими свойствами - высокими удельным электрическим сопротивлением, механической прочностью, газопроницаемостью и т.д. Промышленное использование пеношихты требует всестороннего изучения процесса ее получения, а в дальнейшем и поведения в рудотермической печи с целью разработки технологии плавки кремния с использованием пылевых отходов.
Цель работы - совершенствование технологии выплавки кремния с вовлечением в производство пылевых отходов в виде окускованных шихтовых композитов - пеношихты, оптимальные составы и условия приготовления которой разработаны па основе физико-химического анализа ее свойств и имитационного моделирования карботермического восстановления кремния в рудотермической печи.
Материалы и методы исследования. В основу работы положены материалы, полученные автором в электротермическом цехе АО "БрАЗ" в период 1994 - 1996 г.г. Статистическую обработку данных выполняли на основе программы "Кристалл" (автор И.С.Перетяжко) и кластер-анализа (автор алгоритма проф. И.К.Карпов).
Химический состав проб сырья определяли в институтах геохимии и органической химии СО РАН. Физико-химическое моделирование процессов окускования пылевых отходов и восстановления кремния в рудотермической печи выполняли с использованием программного комплекса "Селектор-С" (автор проф. И.К.Карпов).
Научная новизна. Выявлен механизм взаимодействия компонентов шихты и связующего. В результате исследования системы Si-O-C-Na-H-еъ изобарно-изоэнтальпических условиях установлено, что углеродсодержа-щие компоненты реагируют в щелочном водном растворе с образованием газов, в основном метана, выявлены физико-химические параметры, определяющие интенсивность газообразования и изознтальпинескую температуру процесса. Впервые построена многорезервуарная физико-химическая
модель плавки кремния с учетом пылеобразования, позволяющая оптимизировать процесс плавки кремния в рудотермической печи. В соответствии с поставленной целью основные научные задачи исследования включали:
выявление физико-химических закономерностей процесса окомкова-ния пылевых отходов;
изучение особенностей процессов восстановления кремния в РТП из шихты, составленной на основе окомкованных композитов.
Практическое значение имеют разработанные технологические рекомендации по процессу окускования пылевых отходов производства кремния.
Практическая ценность работы. Предложен принципиально новый подход к утилизации дисперсных пылевых отходов производства кремния, главным достоинством которого является возврат отходов в производственный цикл, подготовка которых к плавке не требует применения дорогостоящего прессового оборудования и дополнительных энергетических затрат на сушку композитов.
Реализация результатов работы в промышленности. Испытания и внедрение технологии выплавки кремния с использованием окомкованных пылевых отходов выполнены на печах ЭТЦ АО "БрАЗ".
Суммарный экономический эффект, полученный в результате использования в плавке кремния 100 т пеношихты составил 87.2 млн. руб. Апробация работы. Основные результаты и научные положения работы обсуждались на международной научно - технической конференции "Пути повышения качества продукции кремниевого производства" (Иркутск, 1994 г.), международной конференции "Промышленная экология и рациональное природопользование в Прибайкалье" (Иркутск, 1995 г.), Ш-й традиционной научно - технической конференции стран СНГ "Процессы и оборудование экологических производств" (Волгоград, 1995 г.), международной конференции "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды" (Иркутск, 1996 г.), П-ом международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд" (С.Петербург, 1996 г.); Всероссийской межвузовской научной конференции "Электротехнология: сегодня и завтра" (Чебоксары, 1997 г.). Публикации: По результатам выполненных исследований автором опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 137 наименований и приложений. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 34 таблицы. На защиту выносятся: