Термодинамічний аналіз взаємодії компонентів у системі SIO2-C: вдосконалення технологічного процесу виробництва технічного кремнію

Abstract

З метою виявлення шляхів удосконалення технологічного процесу виплавки кристалічного кремнію технічної чистоти, проведено термодинамічний аналіз взаємодії компонентів в системі SiO2-C, який вказав, що основним фактором отримання високоякісного технічного кремнію є виключення накладання процесу карбонізації кремнію, що можливо проведенням двохстадійної карботермічної реакції відновлення, коли спершу забезпечується неповне відновлення кремнезему (SiO2) твердим вуглецем (C), що супроводжується виділенням нових реагуючих газових компонентів ‑ SiO і CO, подальша взаємодія яких призводить до утворення цільового продукту ‑ технічного кремнію, придатного для виробництва сучасних перетворювачів сонячної енергії. Встановлено, що основною умовою високоефективного проведення процесу відновлення є дрібна фракційність (< 1 мм), застосування кварцитової руди, з підтримкою раціонального температурного діапазону для її карботермічного відновлення (1688 - 2000 К). Експериментально показано, що оптимальним технічним рішенням здійснення пропонованого відновного процесу є проведення плавки в спеціальній плазмохімічній печі-реакторі з єдиним рідкометалічним струмопровідним електродом, із зворотною вертикальною подачею реакційних газів, що виділяються на першій стадії. Ступінь вилучення кремнію в середньому складав 95 %, а ступінь його чистоти ‑ 97.2 %.