Изучение кристаллизации шлаков рафинирования кремния методами математического моделирования

Abstract

В АО «Кремний» (г. Шелехов, Иркутская область) кремний, полученный при плавке кремнеземсодержащей шихты в руднотермических печах, направляют на окислительное рафинирование продувкой воздухом в ковше. Кроме оксидов кальция, алюминия и кремния, образующихся при рафинировании, в рафинировочных шлаках присутствуют карбид кремния (как продукт неполного разложения при плавке) и элементный кремний. Таким образом, шлак является ценным продуктом для доизвлечения кремния с целью повышения эффективности кремниевого производства. Нами проведено изучение механизма кристаллизации выбранного состава шлака, масс. доли: CaO – 0,074; SiO2 – 0,19; Аl2O3 – 0,785 с начальной температурой 1803 °С. Изучение проводилось на основе компьютерного построения тройных диаграмм состояния с помощью программы «Diatris 1.2». Данная программа основана на термодинамическом методе расчета параметров ликвидуса тройной системы в точке с заданными значениями содержаний компонентов по модели регулярного раствора. Показано, что кристаллизация выбранного состава смеси заканчивается в эвтектической точке, имеющей температуру плавления 1469,1 °С с выделением фазы 3Al2O3 · 2SiO2 – CaO · 2Al2O3 – CaO · Al2O3 · 2SiO2. В дальнейшем планируется изучить двойные и тройные диаграммы состояния других компонентов, входящих в рафинировочный шлак, для подбора оптимального температурного режима для извлечения кремния.