Silicon Production Using Alternative Raw Material Source

• Autorzy: Sukharnikov Y. , Bunchuk L. , Yefremova S. , Anarbekov K.

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2018-02-19

Warianty tytułu

PL

Produkcja krzemu ze źródeł alternatywnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

During the process of the rice hulls pyrolysis at the pilot plant the silicacarbon (SC) was produced containing 51.2% of total carbon, 38.7% of silicon dioxide and 7.6% of hydrocarbons. Its secondary heat treatment with air supply resulted in generation of the two products: SC-1 (50.4% of SiO2; 48.2% of С; 0.56% of Са; and 0.4% of Fe), and SC-2 (76.45% of SiO2; 22.1% of С; 0.95% of Са; and 0.55% of Fe). After treatment with the 1% HCl solution the content of Са and Fe in these products decreased to 0.15% and 0.16%, respectively. Silica gel (88.4% of SiO2, 11.0% of Н2О) and carbon (95% of С, 4.5% of SiO2) were produced from SC after its treatment with the NaOH solution. Characteristics of the result products were studied using the infrared spectroscopy and X-ray diffraction analysis. SC is a composite alloy formed by nanoparticles of amorphous carbon (~500Å) and silicon dioxide (100–200 Å). Carbon is presented by graphite-like (Gph), polynaphthenic (Nph) and hydrocarbon (Hph) phases. Amorphous SiO2 is presented by opal. Three types of charging materials with SiO2:С~2.5 proportion were produced from SC-1 and SC-2, from SC-1 and quartz, and from quartz and silica gel. At the pressure of 20 MPascal briquettes were produced from each charging material, which upon drying at air (100°С) and furnacing (300°С) in the inert atmosphere had the strength of 25-38 kg/cm2. After smelting the briquettes in an electric arc furnace, the silicon product with the content of 98-99% Si was produced. In industrial conditions after ladle refining the content of Са and Fe in silicon will be reduced down to 0.3–0.4%.

PL

W procesie pirolizy łuski ryżowej w instalacji pilotowej wyprodukowano silikakarbon (SC) zawierający 51,2% całkowitego węgla, 38,7% dwutlenku krzemu i 7,6% węglowodorów. Jego wtórna obróbka cieplna za pomocą powietrza doprowadziła do wytworzenia dwóch produktów: SC-1 (50,4% SiO2, 48,2% C, 0,56% Ca i 0,4% Fe) i SC-2 (76,45% SiO2, 22,1% C, 0,95% Ca i 0,55% Fe). Po obróbce 1% roztworem HCl zawartość Са i Fe w tych produktach obniżyła się odpowiednio do 0,15% i 0,16%. Żel krzemionkowy (88,4% SiO2, 11,0% Н2О) i węgiel (95% S, 4,5% SiO2) wytworzono z SC po traktowaniu roztworem NaOH. Charakterystykę produktów badano przy użyciu spektroskopii w podczerwieni i analizy dyfrakcji rentgenowskiej. SC jest stopem kompozytowym utworzonym z nanocząstek bezpostaciowego węgla (~ 500Å) i dwutlenku krzemu (100–200 Å). Węgiel jest reprezentowany przez fazy grafitopodobne (Gph), polinefeninowe (Nph) i węglowodorowe (Hph). Amorficzny SiO2 jest prezentowany przez opal. Trzy rodzaje materiałów z udziałem SiO2: С 2,5 zostały wytworzone z SC-1 i SC-2, z SC-1 i kwarcu oraz z kwarcu i żelu krzemionkowego. Brykiety wytworzono pod ciśnieniem 20 MPa po wysuszeniu na powietrzu (100°С) i w piecu (300°С) w atmosferze obojętnej. Brykiety miały wytrzymałość 25-38 kg/cm2. Po wytopieniu brykietu w elektrycznym piecu łukowym wytworzono produkt krzemowy o zawartości 98–99% Si. W warunkach przemysłowych po rafinacji zawartość Са i Fe w krzemie zostanie zmniejszona do 0,3–0,4%.

Słowa kluczowe

EN

rice hulls; silicacarbon; silica; carbon; silicon; pyrolysis; briquetting

PL

łuski ryżowe; węglik krzemu; krzemionka; węgiel; krzem; piroliza; brykietowanie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 20, nr 2
• Strony: 145--150
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., tab.

Twórcy

autor

Sukharnikov Y.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, 67 Zhandosov St, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Bunchuk L.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, 67 Zhandosov St, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Yefremova S.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, 67 Zhandosov St, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Anarbekov K.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, 67 Zhandosov St, 050036, Almaty, Kazakhstan

Bibliografia

• 1. Yefremova S.V., Sukharnikov Yu. I., Bunchuk L.V. Prospects of producing the composite materials and polycrystalline silicon with using the products of the rice hulls thermal processing // Materials of the international science-to-practice conference “Rational Use of Subsoil as an Important Factor of Sustainable Development of the Region” within the framework of the Second International Exhibition of process equipment for ore mining and metallurgical complex and rational use of subsoil “MinTech – 2006”. - Karaganda, 2006. - p. 69.
• 2. Temerdashev Z.A. Development and environmental and analytical support of thermal schemes of the rice hulls utilization: an abstract of the dissertation by the Doctor of Chemistry: 03.00.16, 02.00.02 – Krasnodar: KubSU, 1999. – 32 p.
• 3. Patent of the Republic of Kazakhstan #17867. Method of thermal processing of the rice hulls and their lignin residuals // Sukharnikov Yu. I., Yefremova S.V., Corby Anderson, Zharmenov A.A., Bunchuk L.V., Savchenko A.M.; published on 15.12.10, bul. #12 – pp.175-176.
• 4. Yefremova S.V. Structure and phase composition of silicacarbon composites produced from the rice hulls // Izvestiya NAS RK. - 2007. - #6. — pp. 44-50.
• 5. Aseyeva R.M., Smutkina Z.S., Berlin A.A., Kasatochkin V.I. On thermal transformations of carbon and heterocyclic polymers // Journal “Structural chemistry of carbon and coals”, Nauka publishing house, Moscow, 1969, pp. 161-180.
• 6. Chudakov M.I. Lignin. //Journal “Chemistry successes”, M., 1961. - V. XXX, #2., p. 201.
• 7. Yefremova S., Korolyov Yu., Sukharnikov Yu. I. X-ray graphical characteristics of silicacarbon nanocomposites of the rice hulls and their derivatives// Reports of the Academy of Science. - 2008. - V. 419, #1. - pp. 77-80.
• 8. Moronchuk I.Ye., Masenko B.P., Povstyanoi M.V., Zavadski V.A., Solovyov O.V. Silicon production by the method of electrode reduction of the rice hulls pyrolysis products //Journal “Technology and design in electronic hardware”, Ukraine, 2013, #1, pp.42-43.
• 9. Yefremova S., Sukharnikov Yu., Terlikbaeva A., Zharmenov A., Bunchuk L., Anarbekov K., Shabanova T. Influence of the vegetable polymer nature on the carbon materials structure // Mine Planning and Equipment Selection Proceedings of the 22nd MPES Conference, Dresden, Germany, October 14-19, 2013, Volume 2, pp. 1107-1115.
• 10. Naimark I.Ye. Silica gel, features, application and methods of its producing // Journal “Chemistry successes”, M., 1956. - V.XXV, #6.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).