CC BY
84
96
В. А. Прохорович, А.Н. Заостровский
УДК 669.162.1
В.А. Прохорович, А.Н. Заостровский
ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНУЛЯЦИИ КВАРЦЕВОЙ ШИХТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАРБИДА КРЕМНИЯ
Производство карбида кремния в настоящее время тормозится низким качеством сырья, что заключается либо в недостаточной чистоте кварцевых материалов, либо в чрезвычайной тонко-зернистости их. Запасы чистых крупнозернистых кварцитов весьма ограничены и, кроме того, они рассчитаны на более квалифицированное специальное потребление. Очистка же менее крупнозернистых кварцитов приводит к их измельчению. Таким образом, производство карбида кремния, по крайней мере, в ближайшем будущем будет базироваться на тонкозернистом кварцевом сырье.
Наиболее реальным представляется способ окускования кварцевых песков путем грануляции [1-3] сырого песка с последующим закреплением гранул в самом процессе карбидизации за счет высоких температур, развивающихся в керновых печах. В этом случае сырым гранулам необходимо придать прочность, достаточную только для транспортировки, перемешивания с шихтовыми материалами и загрузки шихты в печь. Однако это не легкая задача, так как ситовый состав кварцевых песков, поступающих на карбидизацию, совершенно неудовлетворителен, с точки зрения
опытах в качестве кварцевого материала использовали дробленый песок и маршалит. Характеристики использованных материалов приведены в табл. 1.
Грануляция материалов проводилась на тарельчатом грануляторе диаметром 1 м с плавной регулировкой высоты борта от 90 до 150 мм, угла наклона тарелки от 30 до 60° и скорости вращения от 15 до 25 оборотов в минуту.
Как и следовало ожидать, грануляция увлажненного кварцевого песка без добавок связующих веществ не дала положительных результатов. Частичное добавление песка для повышения комкуе-мости заметно улучшает его грануляцию, однако, прочность получаемых гранул совершенно недостаточна. Более тонкое измельчение кварцевого песка с доведением содержания в нем фракции 0,1 мм до 70% обеспечивает нормальную комкуе-мость, но удорожает кварцевое сырье и приводит к загрязнению железом.
Более реальным путем в этом направлении представляется использование в качестве добавок к кварцевому сырью природного пылевидного кварца, например маршалита. Гранулируемость
Таблица 1
Характеристика кварцевых материалов
Материалы Химический состав, % Гранулометрический состав, %
SiO2 Сумма примесей 0,4 мм 0,2-0,4 мм 0,1-0,2 мм 0,1 мм
Кварцевый песок 98,7-99,5 0,5-1,3 1,30 68,95 24,10 5,65
Частично измельченный песок 98,2-99,0 1,0-1,8 12,75 35,01 52,24
Тонко измельченный песок 98,2-99,0 1,0-1,8 - 0,75 29,23 70,02
Маршалит 92,0 8,0 1,34 0,35 0,86 97,45
грануляции, из-за малого содержания тонких зерен, а дополнительное его измельчение ведет к удорожанию процесса и загрязнению сырья железом.
Таким образом, возникает проблема грану ля-ции кварцевого песка с какими-либо добавками.
Изыскание возможных путей окускования кварцевых песков с добавками строго ограничивается выбором их.
Настоящее исследование ставило своей задачей подбор добавок и разработку рациональной технологии грануляции кварцевого песка на основе этих добавок.
В качестве материалов для грануляции в лабораториях и полупромышленных условиях были использованы усредненные пробы кварцевых песков, чистая поваренная соль и концентраты сульфитно-спиртовой барды (ССБ) марки ЛКБТ с Соликамского бумажного комбината. В некоторых
маршалита исключительно высокая. Запасы мар-шалита достаточны для обеспечения производства карбида кремния, однако из-за недостаточной чистоты его можно использовать в виде ограниченных добавок.
Из табл. 2 видно, что для обеспечения нормальной гранулируемости песка необходима добавка маршалита в количестве не менее 30%. Содержание кремнезема в этой смеси будет составлять не более 97%, что неприемлемо для производства зеленого карбида кремния.
В случае разработки простой и не дорогой схемы обогащения природного пылевидного кварца с получением концентратов, содержащих не менее 99% кремнезема, вопрос гранулируемо-сти кварцевого сырья можно было бы считать решенным. К сожалению, в настоящее время мы не располагаем надежной технологией обогащения маршалита и подобных ему материалов.
Химическая технология
97
Таблица 2
Состав шихты, % Ситовый анализ гранул, % Испытание гранул на прочность
Кварце- вый песок Мар- ша- лит Пова- ренная соль +7 мм 7-5 мм 5-3 мм 3-2 мм 2-1 мм Число сбрасываний На раздавливание, г/гран.
влажные сухие влажные сухие
+7 мм 7-5 мм +7 мм 7-5 мм +7 мм 7-5 мм +7 мм 7-5 мм
80 20 - 20,70 28,50 34,0 15,3 1,5 2 5 * 30 20 20 10
70 30 - 25,10 33,00 39,5 2,40 - 5 11 1 1 50 40 40 25
50 50 2 68,35 22,35 9,3 - - 4 4 2 2 340 240 230 60
90 - 10 17,20 6,21 48,82 14,62 13,15 6 4 20 16 30 10 1500 700
80 - 20 17,08 29,82 28,30 22,48 2,32 10 19 4 8 50 30 8000 2300
70 20 10 11,11 11,71 61,20 14,84 1,14 3 5 26 17 50 30 2500 1000
50 30 20 22,46 43,90 32,02 1,82 - 32 41 29 7 400 80 3200 1260
* Не выдерживали сбрасывания
Испытание гранул на сбрасывание оценивалось по числу безопасных сбрасываний гранул с высоты 0,5 м на бетонную плиту
При получении зеленого карбида кремния в кварцево-углеродистую шихту обычно вводится поваренная соль в количестве от 6 до 10%. Добавка тонкозернистой поваренной соли облегчает гранулируемость кварцевого песка, но как показано в таблице 2, достаточный эффект получается при введении не менее 20% поваренной соли.
Комбинированная добавка к кварцевому песку 10% поваренной соли крупностью менее 0,1 мм и 20% маршалита обеспечивает нормальную грану-лируемость смеси, но содержание кремнезема в кварцевой части смеси будет составлять не более 97,8%.
Более результативным решением вопроса грануляции кварцевого песка оказалось направление с использованием ограниченных добавок активных и достаточно чистых связующих веществ при одновременном усовершенствовании режима грануляции. В качестве связующего были использованы обеззоленные концентраты ССБ в виде водных растворов различной плотности. Концентраты ССБ обладают высокой адгезионной способностью к кварцевому материалу, а так же являются прекрасными пластификаторами. Кроме того, это сравнительно недорогой материал. При добавке к смеси кварцевого песка и поваренной соли (8Ю2:№С1=9:1) водного раствора ССБ с плотностью 1,17 - 1,2 в количестве 6 - 8% до достигалась
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Классен П.В., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования. - М.: Химия. 1976. 224 с.
2. Классен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Гранулирование. - М.: Химия. 1991. 240 с.
3. Дерягин Б.В., Кротова И.А. Адгезия твёрдых тел. - М.: Наука. 1973. 279 с.
□ Авторы статьи:
Прохорович Заостровский
Владимир Абрамович Анатолий Николаевич
- канд. техн. наук, доц. каф. химиче- - канд. техн. наук, ст. науч. сотр.
ской технологии твёрдого топлива и Института угля и углехимии СО
экологии РАН, доц. каф. химической технологии твёрдого топлива и экологии
высокая пластичность массы, но прямая подача такой массы в гранулятор вызывала слипание гранул в чрезмерно крупные комья. Уменьшение количества концентрата ССБ в смеси или снижение ее плотности не позволяло получить на тарельчатом грануляторе достаточно прочных гранул.
Для обеспечения нормальной грануляции смеси подача ее в гранулятор осуществлять шнековым питателем через решетку с диаметром отверстий 3 - 7 мм. Одновременно на тарель гранулятора для предотвращения слипания массы и прилипания ее к тарели подавался сухой кварцевый песок. При такой технологии было проведено несколько серий укрупненных опытов для выбора оптимальных условий грануляции. Влияние добавок на гранулируемость кварцевого песка
В результате проведенных испытаний был установлен следующий оптимальный режим грануляции:
Состав шихты:
Кварцевый песок 80 - 81%
Поваренная соль 8 - 9%
Раствор ССБ, плотностью 1,175 10 - 11%
Режим работы гранулятора:
Угол наклона тарели 45°
Высота борта 110 мм
Скорость вращения тарели 19 об/мин
