国内大工业硅炉的冶炼操作.docVIP

浅谈国内大工业硅炉的冶炼操作 PAGE PAGE 1 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期： PAGE 1东方希望 PAGE 1 33000kv.A工业硅冶炼的基本原理和一、二氧化碳在冶炼反应中的作用是什么？ 一、为什么用硅石、碳质材料在矿热炉中经过高温加热后，能冶炼出工业硅？要想知道这个道理首先就要了解冶炼硅工业所用的各种原料，在各种高温条件下的变化规律。 冶炼工业硅主要原料是硅石，硅石中含二氧化硅约98﹪.二氧化硅很稳定，硅和氧之间的亲和力很强，不易分离。生产上为了把氧从二氧化硅分离除去，采用在矿热炉内高温条件下，以碳质材料中的碳夺取二氧化碳中的氧，而且温度越高，碳夺取氧的能力随之增强。这是因为在高温条件下，碳对氧的结合能力比硅对氧的结合力大。可见高温时有了碳，二氧化硅就不稳定了，这时二氧化硅中的氧和碳进行反应，生成气态的一氧化碳，通过料层从炉口逸出。二氧化硅中的氧被碳夺走后，剩下的形成硅。其中有一定数量的硅与铁、铝、钙生成化合物。 二氧化硅与碳作用其反应如下：SiO2+2C=Si+2CO↑ 上式是吸热反应，从反应式中可知，为了加速反应的进行，应把电极往炉料中插的深些，以提高炉温，扩大坩埚区，同时应增加料面的透气性，使一氧化碳气体尽快逸出。如果取扎透气眼，捣炉等措施，均有利于二氧化碳与硅的反应加速进行，使硅较快地生成。 由于冶炼工业硅中的矿热炉原材料中有微量的铁，使二氧化硅的还原反应较容易进行，这是因为被还原出来的硅与铁形成硅铁，于是改善了还原过程的条件，所以铁越多二氧化硅的还原反应越容易进行，生产也证明这点，冶炼含硅越低的硅铁，则其单位电耗越低。如冶炼每吨45硅铁的电耗，约为4500～4800度，每公斤硅耗电约为11度。冶炼每吨75硅铁的电耗约为8200～9000度，每公斤硅耗电约为12度。冶炼每吨硅的电耗约为12000～13000度，每公斤硅耗电约13度。 从化学反应上说一般认为，氧化物中的氧被其他物质夺去的反应，叫还原反应。夺取氧的物质，叫还原剂，如碳质材料等。 依上述工业硅冶炼原理是还原过程。 反应过程中，硅石内的二氧化硅绝大部分被碳还原之外，其他杂质和碳质材料带入的灰分，如氧化钙﹙CaO﹚，五氧化二磷﹙P2O5﹚和三氧化二铝﹙AI2O3﹚等也被碳还原，其中五氧化二磷绝大部分被还原。各反应如下： CaO+C=Ca+CO↑ P2O5+5C=2P+5CO↑ AI2O3+3C=2AI+3CO↑ 反应中生成的一氧化碳气体，从炉口逸出，其他生成物如钙、铝和磷等进入硅铁中，因此，要求原料中的杂质尽量少，以保证硅铁的质量。 在冶炼过程中有少部分的二氧化硅，三氧化二铝和氧化钙等未被还原，而形成炉渣。炉渣成分约含 SiO2：30～40﹪;AI2O3：45～60﹪;CaO：10～20﹪。此种炉渣熔点约为1600～1700℃.渣量大时，消耗电量增加，同时过粘的炉渣，不易从炉内排除，引起炉况恶化。故要采用较好的原料，以减少渣量，降低单位电耗。 正常情况下，渣量控制在不大于硅量的百分之五为宜。以上是硅铁冶炼基本原理，工业硅冶炼的基本反应如下: SiO2+2C=Si+2CO↑ 实际炉内的化学反应比这复杂.实验证明氧化物的还原,是由高价氧化物逐步还原成低价氧化物.二氧化硅的还原,在高温情况下,首先被还原成一氧化硅（SiO）,而后再被还原成硅（Si）,其顺序是SiO2→ SiO →Si冶炼工业硅,在1700～1800℃时，将发生如下反应：SiO2+C=SiO+CO↑ 也就是说二氧化碳硅首先被碳还原成一氧化碳，然后再被还原成硅，其反应式如下： SiO+C=Si+CO↑ 被还原出来的硅，部分的将和二氧化硅作用，又产生一氧化硅，其反应式如下： SiO2+Si=2SiO↑ 从上述的三个反应式中，可以看到一氧化硅对促进冶炼反应的进行是个重要环节。一氧化硅在高温情况下是以气体状态存在，低温时不稳定。因此，一氧化硅在炉内坩埚中是气体，少量的一氧化硅从炉口逸出后，被空气氧化﹙SiO+1∕2O2= SiO2﹚ 而成为二氧化硅，冷却后呈灰白色，部分凝结在电极，筒瓦等处。在约为1700℃以上高温时，大部分的一氧化硅挥发到碳质材料的气孔中，广泛地和碳接触并作用，按第二个反应式，还原成硅，少部分的硅在高温区与二氧化硅作用，按最后反应式又生成一氧化硅，然后又和碳进行反应，结果反应连续不断地进行。由此可知，一氧化硅不但是反应的中间产物，同时，它可促进反应加速进行。 由于一氧化硅在高温