CC BY
26
Оригинальная статья / Original article УДК 669.782
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2021-2-252-263
Изучение химического состава рафинировочных шлаков кремниевого производства для поиска путей их рациональной переработки
© Н.В. Немчинова, В.В. Хоанг, И.И. Апончук
Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия
Резюме: Цель - провести аналитические исследования химического состава рафинировочного шлака кремниевого производства для выбора путей его дальнейшей переработки. Объектом исследований явились образцы шлака после окислительного рафинирования с АО «Кремний» компании «РУСАЛ» (г. Шелехов Иркутской обл., Россия). Исследования химического состава образцов шлака проводили рентгенофазовым, рентгенофлюорес-центным, металлографическим методами исследования, а также методом сканирующей электронной микроскопии. В результате проведенных аналитических исследований было установлено, что основные составляющие рафинировочного шлака в основном представлены элементным кремнием, его карбидом и оксидом. Также присутствует углерод в элементном виде. Показано, что карбид кремния является продуктом недовосстановления карботермического процесса в руднотермической печи. По данным рентгенофлюоресцентного анализа в образце шлака кроме кремния содержатся, % масс.: Са - 7,40; Al - 3,80; Fe - 0,30; Ba - 0,19; K - 0,14; Na - 0,09; Sr - 0,09; Mg - 0,08; Ti - 0,05; S - 0,02. Кальций и алюминий присутствуют в шлаке в основном в виде оксидов, также фиксируются сложные оксиды типа анортита: CaO-Al2O3 2SiO2. В незначительном количестве присутствуют оксиды других металлов, переходящие в рафинировочный шлак в составе печного шлака, образующегося при плавке кремнеземсодержащего сырья. Шлаки окислительного рафинирования производства кристаллического кремния являются техногенным сырьем, содержащим ценные компоненты. Ввиду значительного содержания в рафинировочном шлаке кремния (от 42% до 65%) проведен анализ основных способов переработки данного техногенного сырья для доизвлечения кремния или получения товарных кремнийсодержащих продуктов, востребованных в различных отраслях промышленности.
Ключевые слова: производство кремния, рафинирование кремния, шлак, примеси, металлография
Для цитирования: Немчинова Н.В., Хоанг В.В., Апончук И.И. Изучение химического состава рафинировочных шлаков кремниевого производства для поиска путей их рациональной переработки. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2021. Т. 25. № 2. С. 252-263. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-2-252-263
Research into the chemical composition of refinery slag from silicon production for its efficient recycling
Nina V. Nemchinova, Vien V. Hoang, Irina I. Aponchuk
Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
Abstract: The aim was to investigate the chemical composition of refinery slag obtained during silicon production in order to identify approaches to its further recycling. Research samples were collected from the slag remained after oxidation refining at the JSC Silicon (AO Kremny), RUSAL (Shelekhov, Irkutsk Oblast). The methods of X-ray phase, X-ray fluorescence, metallographic and scanning electron microscopy were employed to investigate the chemical composition of the samples. It was found that the refinery slag under study includes such basic components as elemental silicon, its carbide and oxide, as well as elemental carbon. It was shown that silicon carbide is the product of incomplete reduction, resulting from melting silica-containing ores in a smelting furnace. According to the conducted X-ray fluorescent analysis, the samples also contain (wt %): Ca - 7.40; Al - 3.80; Fe - 0.30; Ba - 0.19; K - 0.14; Na - 0.09; Sr - 0.09; Mg - 0.08; Ti - 0.05; S - 0.02. Calcium and aluminium are present in the slag mostly in the form of oxides. Complex oxides of an anor-thite type were also found: CaO Al2O3 2SiO2. The refinery slag under study also features insignificant amounts of other metal oxides, which are released from the furnace slag forming during the smelting process. The slag produced by oxidation refining during crystalline silicon production is a technogenic raw material containing valuable components. Due to the significant content of silicon in the refinery slag (from 42% to 65%), the existing methods applied to recycle such an
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;2Б(2):2Б2-263
industrial material were analysed in terms of additional silicon extraction or production of commercial silicon-containing products, which are in demand in various industries.
Keywords: silicon production, silicon refining, slag, impurities, metallography
For citation: Nemchinova NV, Hoang VV, Aponchuk II. Research into the chemical composition of refinery slag from silicon production for its efficient recycling. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2021;25(2):252-263. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-2-252-263
ВВЕДЕНИЕ
Металлургическая отрасль является неотъемлемой частью развитых мировых стран, в том числе и России [1, 2]. Металлургический кремний ^мет) широко используется как раскислитель при производстве чугуна, в качестве модификатора свойств различных сплавов и легирующего элемента в них, сырья для получения поликристаллического кремния, кремнийорганических материалов и силанов [3-7]. Производство Siмeт развивается за счет расширения сырьевой базы путем вовлечения в производство новых видов рудного и техногенного сырья, совершенствования оборудования и технологических процессов [8-14]. Годовой объем производства металлургического кремния достигает « 1 млн т, Китай является крупнейшим производителем. Норвежская компания «Е1кет» по объемам производства кремния занимает 2 место. В России единственным производителем кремния для различных отраслей потребления является АО «Кремний» ОК «РУСАЛ» (г. Шелехов, Иркутская обл.).
Siмeт в АО «Кремний» получают при высоких температурах (свыше 2000°С) в рудно-термических печах (РТП) из кремнеземсо-держащего сырья восстановлением углеродом по основной реакции [4, 8, 15, 16]:
SiO2 + 2C = Si + 2СО. (1)
Шихтой для получения кремния служит кварцит Черемшанского месторождения, являющегося рудной базой предприятия, и смесь углеродистых восстановителей (УВ): древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь различных производителей. Получение
кремния происходит через стадии образования карборунда и газообразного монооксида кремния [3, 4, 7, 15]. Многостадийность процесса обусловливает неполноту протекания химических реакций, что вызывает недовос-становление кремния из карборунда и металлов из их оксидов из золы УВ и примесей кварцита.
Производство кремния относится к бесшлаковым в отличие от аналогичных процессов производства ферросплавов [3, 17], однако в процессе плавки кремнеземсодержа-щей шихты в мощных РТП образуется до 5%, а в печах малой и средней мощности - 2-3%. Образование шлака, в котором всегда присутствует кремний, снижает общее извлечение целевого продукта в карботермическом процессе: в среднем, соответственно, на 2,2 и 1,2%, в зависимости от мощности печи [3, 4].
Для получения товарного продукта, удовлетворяющего требованиям потребителей, выплавляемый кремний должен содержать минимальное количество примесей ^е, Ca, А1, Т и др.). Для этого на АО «Кремний» используется окислительное рафинирование кремния.
После выпуска кремния из печи проводится его рафинирование в ковше продувкой воздухом или кислородом с добавкой флюса (кварцевого песка, согласно ГОСТ 22551 -771, марки ОСВ-020-В), рис. 1.
Основные реакции, описывающие процесс рафинирования выплавляемого кремния, следующие:
2А1 + 1,502 = АЬОэ; (2)
1
ГОСТ 22551-77. Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности. Технические условия (с изм.). Введ. 01.01.1979. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997.
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
Ca + 0,502 = CaO; (3)
2Al + 1,55Si02 = 1,5Si + AI2O3; (4)
2Ca + Si02 = Si + 2Ca0; (5)
4P + 502 = 2P2O5; (6)
Ti + 02 = Ti02; (7)
Si + 02 = Si02. (8)
Реакция (8) способствует наличию аморфной кремнеземсодержащей фазы в шлаках.
Однако реакции (2)-(8) отражают лишь общую суть окисления расплавленного кремния [3, 4]. Анализ же литературных данных показывает, что процесс окисления примесей кремния кислородом образует рафинировочный шлак, имеющий в своем составе СаО, А1203, SiO2 и кремния с включениями SiC и корольками кремния. Также в шлак полностью переходит печной шлак, представляющий собой продукт из невосстановленных оксидов и неразложившегося карборунда [18, 19]. Ввиду близости плотности рафинировочного шлака к плотности кремния затрудняется отделение кремниевой фазы от шлака, что приводит к потерям кремния.
Данный промышленный способ требует малых эксплуатационных затрат и позволяет
удалить из кремния алюминий, кальций, титан, фосфор при использовании незначительного количества флюсов. Карбид кремния (как продукт недовосстановления в процессе плавки) переходит в рафинировочный шлак при отстаивании.
Исследования химического состава образов проводили рентгенофазовым, рентгено-флюоресцентным (РФА), металлографическим методами исследования, а также методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), относящиеся к современным методам изучения характеристик сырья и продуктов кремниевого производства [18].
ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ШЛАКОВ КРЕМНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Объектами исследований явились образцы рафинировочных шлаков АО «Кремний». Плотные материалы, к каким относится рафинировочный шлак (рис. 2), для аналитических исследований (рентгенофазовый и рент-генофлюоресцентный анализы) должны быть измельчены в дробильном устройстве с дальнейшим доизмельчением до получения материала с диаметром зерен меньше 50 мкм. Для исследований микроструктуры и поверхности образцов электронно-микроскопическим и металлографическим методами анализа необходима подготовка шлифов со шлифованием и полированием.
Рис. 1. Окислительное рафинирование металлургического кремния в АО «Кремний» Fig. 1. Oxidizing refining of metallurgical silicon at Silicon JSC
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
a b
Рис. 2. Рафинировочный шлак кремниевого производства в АО «Кремний»: а - общий вид; b - фото измельченного образца шлака (сканирующая электронная микроскопия, увеличение x100) Fig. 2. Refinery slag of silicon production at Silicon JSC: a - general view; b - image of a crushed slag sample (scanning electron microscopy, 100x magnification)
Для проведения РФА, СЭМ и рентгенофа-зового анализа образцы шлаков подвергали дроблению в лабораторной щековой дробилке ШД 10 м («Вибротехник», Россия). Затем раздробленный на куски материал перемешивали и подвергали повторному измельчению. Далее истирали до порошкообразного состояния в агатовой ступке для получения пригодных для анализа проб. Исследования проводились на сканирующем электронном микроскопе ЛВ^4500 («JEOL», Япония), см. рис. 2 Ь.
Рентгенофазовый анализ образцов шлака. Согласно данным химического и рентгенофазового анализа, выполненного на дифрактометре «ДРОН-7» (Россия) в АО «Кремний», основными компонентами шлака являются (табл. 1) карбид и оксид кремния, аморфный кремнезем, включения углерода и
кремния, а также сложные оксиды как продукты недовосстановления карботермическо-го процесса (в частности, анортит [19]).
Рентгенофазовый анализ исследуемых образцов рафинировочного шлака был выполнен с помощью рентгеновского дифрак-тометра XRD-7000 («Shimadzu», Япония) с вертикальным 0-0 гониометром. Съемка проводилась с использованием Сиа-излучения в пошаговом режиме в диапазоне углов 20 от 3 до 80°. Для идентификации фаз исследуемых образцов использовалась база порошковых дифрактограмм PDF-2. Проведенный анализ пробы шлака также подтвердил наличие основных соединений в продукте рафинирования: Si, SiC, 2 вида SiO2 (низкотемпературный кристобалит и низкотемпературный кварц), рис. 3.
Таблица 1. Фазовый состав кремниевого шлака (данные АО «Кремний») Table 1. Phase composition of silicon slag (data of Silicon JSC)
Компонент Состав шлака, % масс.
РТП-6 РТП 1,2 (средние значения) РТП-3,4 (средние значения)
Si 44,1 65,3 42,1
SiC 3,3 3,1 12,1
С - 1,1 0,9
SiO2 (кварцит) 2,9 1,9 -
SiO2 (кристобалит) 2,2 4,6 2,6
CaOAl2O32SiO2 (анортит) 26 - -
SiO2 (аморфная фаза) 21,5 24 42,3
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
Рис. 3. Дифрактограмма образца рафинировочного шлака Fig. 3. Diffraction pattern of a refinery slag sample
Рентгенофлюоресцентный анализ пробы рафинировочного шлака. Рентге-носпектральный флуоресцентный анализ образцов шлака выполняли с помощью спектрометра марки S4 Pioneer («Bruker AXS», Германия). Согласно данным РФА, шлак содержит помимо элементного кремния другие элементы, % масс.: Са - 7,40; Al - 3,80; Fe -0,30; Ba - 0,19; K - 0,14; Na - 0,09; Sr - 0,09; Mg - 0,08; Ti - 0,05; S - 0,02. Поскольку шлак содержит кремний, то железо, по нашему мнению, входит в состав интерметаллических соединений - силицидов (чаще всего с примесью титана), всегда присутствующих в выплавляемом кремнии [20]. Присутствие серы можно объяснить наличием частиц углерода в шлаках (табл. 2), в состав которого входит данный элемент [21].
Металлографический анализ шлифов шлака. Металлографическое изучение исследуемого объекта исследований проводили с помощью инвертированного металлографического микроскопа «Olympus GX-51»
(«Olympus», Япония), оснащенного цифровой камерой Altra20. Металлографический метод исследований требует высококачественной (специальной) подготовки образца для исследований: резка образцов, запрессовка проб для подготовки образцов к шлифовке, шлифование и полировка.
Для изучения микроструктуры шлака образцов пробоподготовка к металлографическим исследованиям включала в себя получение срезов от общего куска шлака с помощью отрезного станка «Labotom-15» фирмы «Struers» (Дания), рис. 4 а. Далее обрезанные по требуемым размерам куски шлака для последующей шлифовки заливались акриловой смолой DuroCit, обладающей коротким временем затвердевания и незначительной усадкой.
Шлифование и полировка образцов шлака осуществлялись на шлифовально-полировальном станке «Tegramin-25» («Struers», Дания), рис. 4 b.
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
Рис. 4. Подготовки образцов к металлографическим исследованиям: а - отрезный станок Labotom-5; b - шлифовально-полировальный станок Tegramin-25 Fig. 4. Sample preparation for metallographic studies: a - Labotom-5 cut-off machine; b - Tegramin-25 grinding and polishing machine
На вращающуюся платформу с магнитной подложкой прикрепляется шлифовальный диск. После установки платы вращателя образцов в правильное положение над пробо-подготовительной поверхностью соединение вращателя образцов фиксируется. В «Tegramin» встроена база данных с 200 методами подготовки образцов.
В наших исследованиях (см. табл. 2) были использованы 3 режима работы с различными лубрикантами: Piano 220 - вода; Largo -DiaPro All/Lar (9 мкм); Mol - DiaDuo-2 (3 мкм). Использование DiaDuo-2 (алмазной суспензии с лубрикантом) позволяет максимально сократить расход используемых дорогостоящих алмазосодержащих продуктов, а также оптимально подходит для дозирования вручную и обеспечивает при этом идеальную поверхность микрошлифа. Обработка образцов проводилась различными дисками с последующей полировкой алмазными суспензиями различной крупности (9 мкм, 3 мкм, см. табл. 2).
На рис. 5 приведены фото участков трех образцов шлака.
Обработка изображений трех образцов шлака проводилась в программе «SIAMS Photolab», широко используемой для изуче-
ния различных металлсодержащих материалов [22, 23].
На рис. 6, 7 приведены примеры обработки в программе результатов изображения участка поверхности образца кремниевого шлака № 1: размеры зерен кремния и его содержание в образце, соответственно.
Результаты обработки изображения образцов кремниевого шлака представлены в табл. 3.
Как видно из представленных в табл. 3 результатов, образцы шлаков отличаются по количеству частиц различного размера. Доля кремния в образце шлака № 1 составляет 41,7% и, как видно из представленных в табл. 3 результатов, образцы шлаков различаются по количеству частиц различного размера. Доля кремния в образце шлака № 1 составляет 41,7% и он представлен более крупными включениями до 370,34 мкм. Образцы шлаков № 2 и № 3 содержат меньшее количество включений кремния диаметром до 107,09 мкм и 98,43 мкм, соответственно. Среднеквадратичное отклонение размеров частиц образцов шлаков № 2 и № 3 составляет 15 мкм, что свидетельствует о более однородной структуре этих образцов по распределению частиц в пробе.
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
Таблица 2. Условия выравнивания, шлифования и полирования Table 2. Conditions for flattening, grinding and polishing
Поверхность Лубрикант Время, мин Усилие, Н Скорость, об/мин
Piano 22Q Вода 9Q 4Q 3QQ
Largo DiaPro All/Lar 1BQ 4Q 15Q
Mol DiaDuo-2 15Q 45 15Q
Таблица 3. Значения размеров зерен и доли кремния в образцах шлака Table 3. Values of grain sizes and silicon proportion in slag samples
Наименование показателя Вид образца
Образец 1 Образец 2 Образец 3
Число частиц 223 112 114
Минимальное значение, мкм 6,38 6,38 6,38
Максимальное значение, мкм 37Q,34 Ю7£9 98,43
Среднее значение, мкм 25,22 15,Q9 14,52
Среднеквадратичное отклонение, мкм 44,4Q 15,17 15,14
Медиана, мкм 11,57 Ю,25 9,76
Диапазон, мкм 9ДО 5,65 4,68
Доля, % 41,7 3,9 3,6
Удельная поверхность, 1/мкм Q,Q2B
Средняя хорда, мкм 59,3 21,3 19,8
Межчастичное расстояние, мкм 82,9 521,3 532,2
Рис. 5. Фото образцов кремниевого шлака (металлографическое исследование) при увеличении х50: а - образец 1; b - образец 2; c - образец 3 Fig. 5. images of silicon slag samples (metallographic study) at 50x magnification: a - sample 1;b - sample 2; c - sample 3
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
Рис. 6. Результаты обработки изображений образца шлака № 1 - характеристики включений Fig. 6. Results of slag no. 1 image processing - inclusion characteristics
ФйАл llpdHKj ЬиЬлио!ек4 Отчё!ы Td6jmuit Слрлвкл
В & w I % -to 1<31 1¡à SI ■ 1Й
Рис. 7. Результаты обработки изображений образца шлака № 1 - характеристики включений и доля кремния в образце Fig. 7. Results of slag sample no. 1 image processing - inclusion characteristics and silicon proportion in the sample
ПУТИ ПЕРЕРАБОТКИ РАФИНИРОВОЧНЫХ ный опыт переработки шлаков кремниевого ШЛАКОВ производства, основные предложения
В настоящее время накоплен определен- направлены на доизвлечение кремния или
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
получение продуктов, востребованных в различных отраслях.
Так, российские ученые [24] предлагают способ извлечения кремния из шлака. Шлак как составляющий шихты получен при рафинировании кремния с введением шлакообра-зующих компонентов (оксидов алюминия и кальция) и растворителя (железа, добавляемого в виде стружки). Данную шихту после расплавления выдерживают при температуре не ниже 1600°С, а затем охлаждают с отделением металлической фазы, представляющей собой сплав кремния и железа, от вторичного шлака следующего состава, % масс.: SiO2 - 46,4-52,2; А^Оз - 13,3-19,4; СаО - 30,2-34,54.
Авторы [25-27] предлагают синтезировать высококремнистые силумины из алюмоматричных композиций, полученных с использованием вторичного сырья, кварцевого песка и отходов производства кристаллического (технического) кремния. Для синтеза высококремнистых силуминов использовались отходы на основе алюминия, а также наполнители (формовочный кварцевый песок марки 2К2О203 и порошкообразные отходы кремния с частицами фракции 0,3-1,0 мм в количестве 10-15% от массы вводимого алюминия). В результате авторы получили литейные заэвтектические сплавы и алюмокремниевые лигатуры с содержанием кремния до 25-26%.
Авторы изобретения [28] предлагают способ сортировки шлаков кремниевого производства, основанный на сепарации составляющих шлаков. В результате доизвлекается дополнительное количество целевого продукта. Сепарацию осуществляют рентгено-радиометрическим методом по характеристическому излучению стронция или кальция.
Предложенный способ обладает преимуществами: утилизация отвальных шлаков с извлечением дополнительного количества ценного кремния, повышение экологичности предлагаемой технологии, снижение себестоимости конечной продукции. Недостатком данного изобретения является использование процессов дробления и сортировки, требующих больших временных и финансовых затрат.
Таким образом, шлаки кремниевого производства возможно перерабатывать с целью извлечения из них кремния.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рафинировочные шлаки кремниевого производства являются перспективным техногенным сырьем. Для изучения химического состава образцов шлаков после окислительного рафинирования с АО «Кремний» использовали рентгенофазовый, рентгенофлюоресцент-ный, металлографический методы исследования, а также метод сканирующей электронной микроскопии. Результаты рентгенографического исследования показали наличие в исследуемых рафинировочных шлаках кремния, карборунда, низкотемпературных кристобали-та и кварца. По данным РФА в образце шлака кроме кремния содержатся, % масс.: Са -7,40; А1 - 3,80; Ре - 0,30; Ва - 0,19; К - 0,14; № - 0,09; Бг - 0,09; Мд - 0,08; И - 0,05; Б -0,02. Согласно данным химического и рентге-нофазового анализов с АО «Кремний» содержание кремния в шлаках варьируется в диапазоне от 42% до 65%, что свидетельствует о перспективности переработки данного техногенного сырья для доизвлечения кремния или получения товарных кремнийсодержащих продуктов, востребованных в различных отраслях промышленности.
Список литературы
1. Holappa L. Toward sustainability in ferroalloys production // Proceeding of the Twelfth Intern. Ferroalloys Congress (Helsinki, 6-9 June 2010). Helsinki, 2010. P. 1-10.
2. Сизяков В.М., Власов А.А., Бажин В.Ю. Стратегические задачи металлургического комплекса России // Цветные металлы. 2016. № 1. С. 32-37. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.01.05
3. Архипов С.В., Катков О.М., Руш Е.А. [и др.]. Техно-
логия выплавки технического кремния / под ред. О.М. Каткова. Иркутск: ЗАО «Кремний», 1999. 245 с.
4. Гасик М.И., Гасик М.М. Электротермия кремния. Днепропетровск: Национальная металлургическая академия Украины, 2011. 487 p.
5. Schei A., Tuset J.Kr., Tveit Н. Production of High Silicon Alloys. Trondheim: Tapir, 1998. 363 p.
6. Andresen B. The metallurgical silicon process revisit-
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
ed // Silicon for the Chemical and Solar Industry X: Proceedings of the International Conference (Alesund - Gei-ranger, 28 June - 2 July 2010). Alesund - Geiranger: Norwegian University of Science and Technology, 2010. Р. 11-23.
7. Немчинова Н.В. Поведение примесных элементов при производстве и рафинировании кремния: монография. М.: Академия естествознания, 2008. 237 с.
8. Ringdalen E. Changes in Quartz During Heating and the Possible Effects on Si Production // JOM. 2015. Vol. 67. Iss. 2. P. 484-492.
https://doi.org/10.1007/s11837-014-1149-y
9. Зобнин Н.Н., Байсанов С.О., Байсанов А.С., Мусин А.М. Влияние операционных аспектов процесса восстановления оксида кремния на соотношение материального и теплового потоков в рудно-термической печи // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 2. С. 444-459. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-2-444-459
10. Немчинова Н.В., Леонова М.С., Тютрин А.А. Экспериментальные работы по плавке окомкованной шихты в производстве кремния // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 1. С. 209-217.
https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-1-209-217
11. Nemchinova N.V., Leonova M.S., Tyutrin A.A., Bel'skii S.S. Optimizing the Charge Pelletizing Parameters for Silicon Smelting Based on Technogenic Materials // Metallurgist. 2019. Vol. 63. Iss. 1-2. Р. 115-122. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00800-3
12. Tesfahunegn Y.A., Magnusson T., Tangstad M., Sae-varsdottir G. Effect of electrode shape on the current distribution in submerged arc furnaces for silicon production -a modelling approach // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2018. Vol. 118. Р. 595600. https://doi.org/10.17159/2411-9717/2018/v118n6a6
13. B0rset M.T., Kolbeinsen L., Tveit H., Kjelstrup S. Ex-ergy based efficiency indicators for the silicon furnace // Energy. 2015. Vol. 90. Part. 2. P. 1916-1921. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.07.010
14. Nemchinova N.V., Tyutrin А.А., Korepina N.A., Belskii S.S. On the possibility of carbonaceous dust waste use of prebaked anode production in silicon metallurgy // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018. Vol. 411. P. 012052.
https://doi.org/10.1088/1757-899X/411 /1/012052
15. Ringdalen E., Tangstad M. Reaction mechanisms in carbothermic production of silicon, study of selected reactions // International Smelting Technology Symposium (Incorporating the 6th Advances in Sulfide Smelting Symposium) (Orlando, 11-15 March 2012). Orlando: John Wiley & Sons, 2012. Р. 195-203. https://doi.org/10.1002/9781118364765.ch24
16. Vangskasen J. Metal-producing mechanisms in the carbothermic silicon process, NTNU-Trondheim, 2012. [Электронный ресурс]. URL:
https://ntnuopen.ntnu.no/ntnu-xmlui/handle/11250/249099 (20.12.2020).
17. Gasik M. Handbook of ferroalloys: theory and technology. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. 536 p.
18. Тютрин А.А., Фереферова Т.Т. Применение современных методов анализа для исследования шлаков кремниевого производства // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. Т. 20. № 9. С. 139-146.
https://doi.org/10.21285/1814-3520-2016-9-139-146
19. Немчинова Н.В., Бузикова Т.А. Исследование фа-зово-химического состава печных шлаков кремниевого производства // Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. № 1. С. 31-39.
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-1 -31-39
20. Nemchinova N.V., Hoang V.V., Tyutrin A.A. Formation of impurity inclusions in silicon when smelting in ore-thermal furnaces // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2020. Vol. 969. P. 012038. https://doi.org/10.1088/1757-899X/969/1/012038
21. Валявин Г.Г., Запорин В.П., Габбасов Р.Г., Кали-муллин Т.И. Процесс замедленного коксования и производство нефтяных коксов, специализированных по применению // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2011. № 8. С. 44-48.
22. Анисович А.Г. Современная металлография - основа литейного материаловедения // Литье и металлургия. 2019. № 2. С. 99-108. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-2-99-108
23. Немчинова Н.В., Тютрин А.А. Металлографическое исследование образцов алюминиевых рондолей // Фундаментальные исследования. 2015. № 3. С. 124-128. [Электронный ресурс].
URL: www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&a rticle_id=10006363 (20.12.2020).
24. Пат. № 2690877, Российская Федерация, С22В 7/04, С01В 33/06. Способ выделения металлического кремния из шлака технического кремния / И.Д. Рожи-хина, О.И. Нохрина, И.Е. Ходосов, А.В. Проровский, А.И. Карлина, К.С. Ёлкин; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный индустриальный университет». Заявл. 27.09.2018; опубл. 06.06.2019. Бюл. № 16.
25. Арабей А.В., Рафальский И.В. Синтез алюминие-во-кремниевых сплавов методом прямого восстановления кремния с использованием алюмоматричных композиционных лигатур // Литье и металлургия. 2011. № 3. С. 19-25.
26. Арабей А.В., Рафальский И.В., Немененок Б.М. Синтез сплавов системы Al-Si из алюмоматричных композиций, полученных с использованием отходов алюминия и кварцевого песка // Металл и литье Украины. 2013. № 4. С. 3-7.
27. Рафальский И.В., Арабей А.В., Немененок Б.М. Физико-химические основы синтеза силуминов с использованием кварцсодержащих материалов: монография. Минск: БНТУ, 2015. 140 с.
28. Пат. № 2209683, Российская Федерация, В03В 13/06. Способ сортировки шлаков производства кремния / П.Н. Антонов, В.А. Федосенко, Ю.О. Федоров, И.У. Кацер; заявитель и патентообладатель Закрытое акционерное общество «Кремний». Заявл. 29.08.2001; опубл. 10.08.2003. Бюл. № 22.
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;2Б(2):2Б2-263
References
1. Holappa L. Toward sustainability in ferroalloys production. In: Proceeding of the Twelfth Intern. Ferroalloys Congress. 6-9 June 2010, Helsinki. Helsinki; 2010, p. 1-10.
2. Sizyakov VM, Vlasov AA, Bazhin VYu. Strategy tasks of the Russian metallurgical complex. Tsvetnye Metally. 2016;1:32-37. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.01.05
3. Katkov OM. Smelting technology of industrial silicon. Irkutsk: ZAO Kremniy; 1999, 244 p. (In Russ.).
4. Gasik MI, Gasik MM. Silicon electrothermy. Dnepropetrovsk: National Metallurgical Academy of Ukraine; 2011, 487 p.
5. Schei A, Tuset JKr, Tveit H. Production of high silicon alloys. Trondheim: Tapir; 1998, 363 p.
6. Andresen B. The metallurgical silicon process revisited. In: Silicon for the Chemical and Solar Industry X: Proceedings of the International Conference. 28 June - 2 July 2010, Alesund - Geiranger. Alesund - Geiranger: Norwegian University of Science and Technology; 2010, p. 11-23.
7. Nemchinova NV. Behavior of impurity elements in silicon production and refining: monograph. M.: Akademiya yestestvennykh nauk; 2008, 218 p.
8. Ringdalen E. Changes in quartz during heating and the possible effects on Si production. JOM. 2015;67(2):484-492. https://doi.org/10.1007/s11837-014-1149-y
9. Zobnin NN, Baisanov SO, Baisanov AS, Musin AM. Effect of silicon oxide reduction operational aspects on material and heat flow ratio in ore-thermal furnace. Vest-nik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2020;24(2):444-459. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-2-444-459
10. Nemchinova NV, Leonova MS, Tyutrin AA. Experimental works on pelletized charge smelting in silicon production. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017;1(21 ):209-217. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-1-209-217
11. Nemchinova NV, Leonova MS, Tyutrin AA, Bel'skii SS. Optimizing the charge pelletizing parameters for silicon smelting based on technogenic materials. Metallurgist. 2019;63(1 -2): 115-122. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00800-3
12. Tesfahunegn YA, Magnusson T, Tangstad M, Sae-varsdottir G. Effect of electrode shape on the current distribution in submerged arc furnaces for silicon production -a modelling approach. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2018; 118(6):595-600.
13. B0rset MT, Kolbeinsen L, Tveit H, Kjelstrup S. Exergy based efficiency indicators for the silicon furnace. Energy. 2015;90(2): 1916-1921.
14. Nemchinova NV, Tyutrin AA, Korepina NA, Belskii SS. On the possibility of carbonaceous dust waste use of prebaked anode production in silicon metallurgy. In: Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2018;411:012052.
https://doi.Org/10.1088/1757-899X/411/1/012052
15. Ringdalen E, Tangstad M. Reaction mechanisms in carbothermic production of silicon, study of selected reactions. In: International Smelting Technology Symposium (Incorporating the 6th Advances in Sulfide Smelting Symposium). 11-15 March 2012, Orlando. Orlando: John Wiley & Sons; 2012, p. 195-203. https://doi.org/10.1002/9781118364765.ch24
16. Vangskâsen J. Metal-producing mechanisms in the carbothermic silicon process, NTNU-Trondheim, 2012. Available from: https://ntnuopen.ntnu.no/ntnu-xmlui/handle/11250/249099 zavedeniya [Accessed 20th December 2020].
17. Gasik M. Handbook of ferroalloys: theory and technology. Oxford: Butterworth-Heinemann; 2013, 536 p.
18. Tyutrin AA, Fereferova TT. Using modern analysis methods to study silicon production slags. Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016;20(9):139-146. (In Russ.).
https://doi.org/10.21285/1814-3520-2016-9-139-146
19. Nemchinova NV, Buzikova TA. Study of the phase-and-chemical composition of silicon production furnace slags. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya = Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2017;(1):31-39. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-1 -31-39
20. Nemchinova NV, Hoang VV, Tyutrin AA. Formation of impurity inclusions in silicon when smelting in ore-thermal furnaces. In: Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2020;969:012038. https://doi.org/10.1088/1757-899X/969/1/012038
21. Valyavin GG, Zaporin VP, Gabbasov RG. Delayed coking process and specialized petroleum coke production. Territorija "NEFTEGAS" = Oil and Gas Territory. 2011;8:44-48.
22. Anisovich AG. Modern metallography - the basis of foundry material science. Litiyo i Metallurgiya = Foundry production and metallurgy. 2019;2:99-108. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-2-99-108
23. Nemchinova NV, Tyutrin AA. Metallographic investigation of aluminum rondol samples. Fundamental'nyye issledovaniya = Fundamental research. 2015;3:124-128. Available from: www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&article_ id=10006363 [Accessed 20th December 2020].
24. Rozhikhina ID, Nokhrina OI, Khodosov IE, Prorovskij AV, Karlina AI, Elkin KS. Method of extracting metallic silicon from technical grade slag. Patent RF, no. 2690877; 2019. (In Russ.)
25. Arabei AV, Rafalski IV. Synthesis of aluminium-siliceous alloys by means of silicon direct revivification using of alumina-matrix composition alloys. Litiyo i Metallurgiya = Foundry production and metallurgy. 2011;3:19-25.
26. Arabei AV, Rafalski IV, Nemenenok BM. The synthesis of alloys of system Al-Si of aluminium-matrix composites on the basis from waste aluminum and quartz materials. Metall i lit'ye Ukrainy = Metal and casting of Ukraine. 2013;4(239):3-7.
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
27. Rafalski IV, Arabei AV, Nemenenok BM. Physico-chemical foundations of silumin synthesis using quartz-containing materials: monograph. Minsk: BNTU; 2015, 140 p.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Немчинова Нина Владимировна,
доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой металлургии цветных металлов,
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия; Н e-mail: [email protected]
Хоанг Ван Виен,
аспирант,
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия; e-mail: [email protected]
Апончук Ирина Игоревна,
старший преподаватель,
кафедра рекламы и журналистики,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия;
e-mail: [email protected]
Заявленный вклад авторов
Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Информация о статье
Статья поступила в редакцию 12.12.2020; одобрена после рецензирования 11.01.2021; принята к публикации 29.04.2021.
28. Antonov PN, Fedosenko VA, Fedorov YuO, Katser IU. Sorting method for silicon production slags. Patent RF, no. 2209683; 2003. (In Russ.)
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Nina V. Nemchinova,
Dr. Sci. (Eng.), Professor,
Head of the Department of Non-Ferrous Metals
Metallurgy,
Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia; H e-mail: [email protected]
Vien V. Hoang,
Postgraduate Student,
Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia; e-mail: [email protected]
Irina I. Aponchuk,
Senior Lecturer,
Department of Advertising and Journalism, Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia; e-mail: [email protected]
Contribution of the authors
The authors contributed equally to this article.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The final manuscript has been read and approved by all the co-authors.
Information about the article
The article was submitted 12.12.2020; approved after reviewing 11.01.2021; accepted for publication 29.04.2021.
ВЕСТНИК ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2021;25(2):252-263
