硅熔炼(silicon smelting)是指用碳质还原剂还原硅矿石产出元素硅的过程。硅的工业产品有精制工业硅、多晶硅、单晶硅三种。硅熔炼一般是指粗硅的生产。硅熔炼在电弧炉中进行,因以电弧作为高温热源,故称电热法炼硅。硅熔炼主要包括炉料准备、熔炼、出硅三大环节。
简介硅熔炼(silicon smelting)是指用碳质还原剂还原硅矿石产出元素硅的过程。硅的工业产品有精制工业硅、多晶硅、单晶硅三种。硅熔炼一般是指粗硅的生产。硅熔炼在电弧炉中进行,因以电弧作为高温热源,故称电热法炼硅。硅熔炼主要包括炉料准备、熔炼、出硅三大环节1。
工业硅熔炼过程的反应机理工业硅在工业硅炉中熔炼而得,系无渣埋弧高温熔炼过程。原料为硅石,石油焦,木块,低灰煤等为还原剂,经高温熔炼,硅逐渐从硅石中还原出来2。
原理硅矿石的主体成分为SiO2。用碳质还原硅石生产工业硅的化学反应为:
SiO+2C=Si+2CO
但反应过程的机理很复杂。已有很多人对用碳还原SiO2生产元素硅的机理进行过研究,但研究者的意见尚不一致,其中具代表性的有拉思反应机理、凯利反应机理、拿哥莫利一马林斯盖反应机理等。
1.拉思反应机理
德国拉思(Gero Bath )等人认为,二氧化硅的碳还原过程可概括为SiC的形成、SiC的分解和SiO的冷凝三大阶段。当炉料温度达到1770K以上时,SiO2与碳反应生成SiC。
2.凯利反应机理
美国凯利(W. M. ICcli)通过试验研究认为,当炼硅炉内炉料中的碳下落时。与上升的SiO气体相遇,发生生成SiC的反应。
3.拿哥莫利-马林斯盖反应机理
加拿大拿哥典利( M.Nagamvri)和马林斯盖(I. Malinsky)等对Si-C-O三元系进行过深入的研究,把Si、SiC、SiO2、SiO四个凝聚相的体系称为“稳定系”或“稳定区”3。
炉料准备将化学组成符合要求的硅石破碎到规定的粒度,并与碳还原剂按比例混合均匀。碳还原剂有木炭、油焦和烟煤,它们的质量也要达到规定要求。
电极是消耗材料。硅熔炼用电极有石墨电极、碳素电极和自焙电极。中国均使用石墨电极。其物理化学性能要符合国家标准3。
熔炼硅熔炼在埋弧式电炉中进行,是个炉料从炉缸上部不断熔融向炉膛内下沉进行化学反应的连续过程。
配制好的炉料经下料管和流槽从炉上料仓加入炉内,或由人用铁锹把护料加入炉内。向炉内加料时,要注意保持炉缸上部规定的料面水平。电极以适当的深度埋入炉料中。在熔炼过程中,由于料面被高沮烧结,不能顺利地沉降到炉膛的反应带内,需用捣炉机刺破并翻开料面的烧结壳,强制炉料下沉。电极经高温烧损及参与化学反应而不断消耗,为使电极在炉内保持一定的长度,必须定期下移和接长电极。当炉内出现逆况时,一般采用调整配料比和电气参数的办法进行处理1。
炼硅炉全称矿石还原电弧炉,又称矿热炉,简称硅炉。炼硅炉按其电气接线和电极的相数可分为单相单电极、单相双电极、三相三电极和三相六电极等几种类型。在中国除个别工厂采用单相双电极硅炉外,大都采用三相三电极炼硅炉。
炼硅炉主要由供电系统、电极、水冷系统、集气排烟系统,下料系统和炉体等部分组成2。
本词条内容贡献者为:
石季英 - 副教授 - 天津大学硅熔炼
图文简介
硅熔炼(silicon smelting)是指用碳质还原剂还原硅矿石产出元素硅的过程。硅的工业产品有精制工业硅、多晶硅、单晶硅三种。硅熔炼一般是指粗硅的生产。硅熔炼在电弧炉中进行,因以电弧作为高温热源,故称电热法炼硅。硅熔炼主要包括炉料准备、熔炼、出硅三大环节。
- 来源: 科普中国科学百科
- 上传时间:2018-06-13