Аннотация
Проблема образования и накопления рафинировочного шлака кремниевого производства является актуальной для отрасли. Исследуемые шлаки содержат до 70% элементного кремния, что снижает эффективность производства Si за счет низкого извлечения целевого продукта в целом. Поэтому одним из возможных путей утилизации шлаков является их переработка с целью доизвлечения Si с получением алюмокремниевых сплавов. Показано, что основными компонентами шлака являются карбид кремния, кварц и кристобалит, аморфный кремнезем, оксиды кальция, алюминия, включения углерода и элементного кремния. Предложена методика переработки шлака, включающая плавку шихты, состоящую из шлака, металлического алюминия и флюсов, при температуре 1250-1350°C. В качестве флюсов применялись оксид и фторид кальция. Изучено влияние различных факторов процесса переработки кремнийсодержащего шлака (температуры плавки, содержания CaF2 в составе флюсовой смеси CaF2 и CaO и крупности частиц шлака) на извлечение кремния в сплав. Получено уравнение математической модели, описывающей процесс извлечения кремния из рафинировочного шлака в виде сплава с алюминием, и установлено, что данная математическая модель является адекватной. Максимальное извлечение кремния из шлака в сплав составило в среднем 51,43% и было достигнуто при температуре 1350°C, содержании CaF2 в со-ставе (CaF2+CaO) 20% и крупности частиц шлака 1,21 мм.
Ключевые слова:
производство кремния, рафинировочный шлак, переработка шлака, извлечение кремния, Al-Si-сплавы
1. Сизяков В.М., Власов А.А., Бажин В.Ю. Страте-гические задачи металлургического комплекса России // Цветные металлы. 2016. № 1. С. 32–38. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.01. 05.
2. Shatokhin I.M., Kuz’min A.L., Smirnov L.A., Le-ont’ev L.I., Bigeev V.A., Manashev I.R. New meth-od for processing metallurgical wastes // Metallur-gist. 2017. Т. 61. No. 7-8. Р. 523–528. https://doi.org/10.1007/s11015-017-0527-4.
3. Nemchinova N.V., Leonova M.S., Tyutrin A.A., Bel’skii S.S. Optimizing the Charge Pelletizing Pa-rameters 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.
4. Шешуков О.Ю., Егиазарьян Д.К., Лобанов Д.А. Безотходная переработка ковшевого и электро-печного шлака // Известия высших учебных за-ведений. Черная Металлургия. 2021. Т. 64. № 3. С. 192–199. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-3-192-199.
5. Утилизация отходов металлургического произ-водства: монография / Панишев Н.В., Бигеев В.А., Потапова М.В., Макарова И.В., Гаврилова Т.О. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2018. 69 с.
6. Перспективные способы утилизации и использо-вания отходов газоочистных сооружений глино-земного производства / Шепелев И., Жуков Е., Еськова Е., Кирюшин Е., Пиляева О. // Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. № 6. С. 4–9. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2022-6-4-9.
7. Переработка глиноземсодержащего смета для использования в производстве первичного алюминия / Бурдонов А.Е., Зелинская Е.В., Немчинова Н.В., Новиков Ю.В. // Цветные металлы. 2022. № 8. С. 15–22. https://doi.org/10.17580/tsm.2022.08.02.
8. Современное состояние переработки шлаков сталеплавильного производства / Бельский С.С., Зайцева А.А., Тютрин А.А., Исмоилов З.З., Бара-нов А.Н., Сокольникова Ю.В. // iPolytech Journal. 2021. Т. 25. № 6. С. 782–794. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-6-782-794.
9. Сергеева А. Мировой рынок кремния составил 10 млрд долл. URL: https://www.indexbox.ru/news/Mirovoj-rynok-kremniya- (дата обращения 19.09.2022)
10. Попов С.И. Металлургия кремния в трехфазных руднотермических печах. Иркутск: ЗАО «Крем-ний», 2004. 237 с.
11. Гасик М.И., Гасик М.М. Электротермия кремния. Днепропетровск: Национальная металлургиче-ская академия Украины, 2011. 487 с.
12. 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 (USA), 11-15 march 2012). Orlando, 2012. Р. 195–203.
13. Немчинова Н.В., Хоанг В.В., Апончук И.И. Изу-чение химического состава рафинировочных шлаков кремниевого производства для поиска путей их рациональной переработки // Вестник Иркутского государственного технического уни-верситета. 2021. Т. 25. № 2. С. 252–263. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-2-252-263.
14. Немчинова Н.В., Тютрин А.А., Бузикова Т.А. Исследование шлаков пирометаллургии кремния // Журнал СФУ. Техника и технологии. 2015. Т. 8. №. 4. С. 457–467.
15. Хоанг В.В. Подбор флюсов для переработки шлаков кремниевого производства // Перспекти-вы развития технологии переработки углеводо-родных и минеральных ресурсов: материалы X Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (г. Иркутск, 20–21 апреля 2022 г.). Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2022. С. 18–22.
16. Ракипов Д.Ф., Бардин Н.М., Жуков В.П. Физико-химические основы и технология переплава алюминиевого лома и сплавов в среде расплав-ленных хлоридов. Екатеринбург: Изд. дом «Из-датНаукаСервис», 2009. 194 с.
17. Фомин Б.А., Москвитин В.И., Махов С.В. Ме-таллургия вторичного алюминия. М.: ЭКОМЕТ, 2004. 240 с.
18. Małgorzata W. Introduction to Aluminum-Silicon Casting Alloys. In: Alloys Aluminum-Silicon Casting Alloys: Atlas of Microfractographs. Ch. 1. ASM International, 2004. 124 p.
19. Ординарцева Н.П. Планирование эксперимента в измерениях. Заводская лаборатория // Диагно-стика материалов. 2013. Т. 79. № 3. С. 72–76.