工业硅生产常识问答
工业硅冶炼及炼硅炉基本知识

工业硅冶炼及炼硅炉基本知识工业硅消费增产降耗的措施主要有:1.把握炉况及时调整料比,坚持适合的C/SiO2分子比,适合的物料粒度和混匀,避免过多SiC生成。
2.选择合理的炉子构造参数和电气参数,保证反响区有足够高的温度,合成消费的碳化硅使反响向有力消费硅的方向。
3.及时捣炼硅炉,协助沉料,防止炉内过热,形成硅的挥发,或再氧化成SiO,减少炉料损失,进步Si回收率。
4.坚持料层具有良好的透气性,可及时排出反响消费的气体,减少热损失和SiO大量逸出。
一、消费工业硅的原料冶炼工业硅的原料主要有硅石、碳素复原剂。
(一)硅石硅石要有一定的抗爆性和热稳定性,其中抗爆性对大炉子很重要,对容量小的炉子请求可略为降低。
有些硅石很致密,难复原,形成冶炼情况不顺,经济指标差,很少采用。
硅石的粒度视炉子容量的大小不同而异,普通5000KV A以上的炉子,硅石粒度为50-100毫米,且40-60毫米的粒度要占50%以上。
硅石要清洁无杂质,破碎筛分后,要用水冲洗,除掉碎石和泥土。
目前对新采用的硅石在化学成分、破碎合格以后,还要在消费中试用。
经济指标较好,才干长期运用。
(二)碳质复原剂优选各种不同碳质复原剂,请求固定碳高,灰分低,化学生动性要好,采用多种复原剂搭配运用,以到达最佳冶炼效果。
冶炼工业硅所用的碳质复原剂有:石油焦、沥青焦、木炭、木块(木屑)低灰分褐煤,半焦和低灰、低硫烟煤等。
石油焦:其特性是固定碳高,灰分低,价钱低廉,并且能使料面烧结好,但高温比电阻低,影响电极下插,反响才能差。
要选择固定碳大于82%,灰分小于0.5%、水份稳定,动摇不许超越1%,以免影响复原剂配入量。
粒度请求4-10毫米,粒度配合比例要适宜。
粉料多烧损大,下部易缺碳,透气性不好;粒度大数量多比电阻小,电极易上抬。
木块(或木屑):其性质接近木炭,在炉内干馏后,在料下层构成比木炭孔隙度、化学生动性更好的木炭。
所运用的木块(或木屑)要清洁无杂物,不许代入泥土等杂质。
工业生产硅的基本化学原理

工业生产硅的基本化学原理工业生产硅的基本化学原理包括硅原料的提取、精炼和制备硅材料。
硅原料主要包括硅石、石英砂、硅酸盐矿石等。
其中,硅石是一种以二氧化硅(SiO2)为主要成分的天然矿石,石英砂也是一种含有高纯度二氧化硅的矿石。
石英砂是最常用的硅原料,其主要组成是SiO2,通常包含少量的杂质。
硅的提取主要通过冶炼法进行,分为物理冶炼和化学冶炼两种方法。
物理冶炼主要采用高温处理的方法,利用硅酸盐矿石的矿石和石英砂中的二氧化硅通过高温还原反应,将二氧化硅转化为金属硅。
这种方法通常在电炉中进行,将硅原料混合物放入电炉中进行高温加热,控制加热时间和温度,使二氧化硅与还原剂(如焦炭)发生还原反应,生成金属硅和一氧化碳气体。
然后通过冷却、凝固和分离等步骤,得到金属硅。
化学冶炼主要采用湿法方法,即通过化学反应将硅原料溶解,然后再加以还原得到硅。
这种方法主要是通过碱法和酸法进行。
碱法是指将硅原料与碱性溶液反应,生成硅酸盐溶液,然后通过加热和还原将硅酸盐还原成金属硅。
碱法通常使用的溶剂是氢氧化钠溶液,其与硅原料进行反应生成硅酸钠,然后通过高温和还原剂的作用,将硅酸钠还原为硅。
酸法是指将硅原料与酸性溶液反应,生成含有硅的盐酸溶液,然后通过加热和还原还原盐酸溶液中的硅,得到硅产品。
酸法通常使用的溶剂是盐酸,其与硅原料反应生成氯化硅,然后通过高温和还原剂的作用,将氯化硅还原为硅。
经过提取得到金属硅后,还需要经过精炼和制备硅材料的过程。
精炼是指将提取得到的金属硅进一步净化,去除杂质。
通常采用熔炼精炼法,将金属硅与还原剂(如铝)混合熔炼,还原剂可以与金属硅中的杂质反应,形成易挥发的化合物,从而将杂质从金属硅中蒸发出去,达到净化的目的。
制备硅材料主要是通过将金属硅熔融并浇铸成形。
金属硅经过高温熔融后,可以浇铸成具有所需形状的硅块,然后再通过切割、抛光等加工工艺进行加工,制备成所需的硅材料,如硅片、硅棒等。
总之,工业生产硅的基本化学原理是将硅原料提取得到金属硅,然后通过精炼净化金属硅,并最终制备成硅材料。
工业硅技术问答

工业硅技术问答1.什么是硅和工业硅?元素硅(Si)原来称为矽,工业硅(也称金属硅或结晶硅)是指以含氧化硅的矿物和碳质还原剂等为原料经矿热炉熔炼制得的含Si97%以上的产物。
“工业硅”之称是我国于1981年GB2881-81国家标准公布时正式定名,其含意主要是指这种硅之纯度是接近于99%的工业纯度,英文称为金属硅,俄文称为结晶硅。
现在人工制得硅的纯度,实际上已达到99999999999%。
2.硅和工业硅有那些特性?①硅的主要物理性质为:密度(25℃)2.329g/cm3(纯度99.9%),熔点1413℃,沸点3145℃,平均比热(0~100℃)为729J /(kg·K),熔化热为50.66kJ/mol,纯度为99.41%的硅抗压强度极限为9.43kgf/cm2。
②硅的化学性质:硅在元素周期表中属ⅣA族,原子序数为14,原子量为28.0855,化合价表现为四价或二价(四价化合物为稳定型)。
因晶体硅的每个硅原子与另外四个硅原子形成共价键,其Si-Si键长2.35A,成为正四面体型结构,与金刚石结构相近,所以硅的硬度大,熔点、沸点高。
硅不溶于任何浓度的酸中,但能溶于硝酸与氢氟酸的混合液中,与1:l浓度的混合稀酸发生如下反应:Si+4HF+4HNO3=SiF4↑+4NO2↑+4H2O3Si+12HF+4HNO3=3SiF4↑+4NO2↑+8H2O这个特性可用于硅的化学分析中,即先将试样硅中的硅以氟化物形式挥发,而分析硅中残留的铁、铝、钙元素。
硅能与碱反应,生成硅酸盐,同时放出氢气,如:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑这是野外制氢的好办法。
硅与卤族元素反应,生成相应化合物,如:Si+2F2=SiF4Si+2Cl2=SiCl4这是利用工业硅制取多晶硅的主要反应之一。
硅在高温下能与氧化合,生成SiO2或SiO:2Si+O2=2SiO这是工业硅生产中,发生在电弧区的副反应,可造成硅的挥发损失,降低冶炼中硅的实收率。
工业硅技术问答

工业硅技术问答1.什么是硅和工业硅?元素硅(Si)原来称为矽,工业硅(也称金属硅或结晶硅)是指以含氧化硅的矿物和碳质还原剂等为原料经矿热炉熔炼制得的含Si97%以上的产物。
“工业硅”之称是我国于1981年GB2881-81国家标准公布时正式定名,其含意主要是指这种硅之纯度是接近于99%的工业纯度,英文称为金属硅,俄文称为结晶硅。
现在人工制得硅的纯度,实际上已达到99999999999%。
2.硅和工业硅有那些特性?①硅的主要物理性质为:密度(25℃)2.329g/cm3(纯度99.9%),熔点1413℃,沸点3145℃,平均比热(0~100℃)为729J /(kg·K),熔化热为50.66kJ/mol,纯度为99.41%的硅抗压强度极限为9.43kgf/cm2。
②硅的化学性质:硅在元素周期表中属ⅣA族,原子序数为14,原子量为28.0855,化合价表现为四价或二价(四价化合物为稳定型)。
因晶体硅的每个硅原子与另外四个硅原子形成共价键,其Si-Si键长2.35A,成为正四面体型结构,与金刚石结构相近,所以硅的硬度大,熔点、沸点高。
硅不溶于任何浓度的酸中,但能溶于硝酸与氢氟酸的混合液中,与1:l浓度的混合稀酸发生如下反应:Si+4HF+4HNO3=SiF4↑+4NO2↑+4H2O3Si+12HF+4HNO3=3SiF4↑+4NO2↑+8H2O这个特性可用于硅的化学分析中,即先将试样硅中的硅以氟化物形式挥发,而分析硅中残留的铁、铝、钙元素。
硅能与碱反应,生成硅酸盐,同时放出氢气,如:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑这是野外制氢的好办法。
硅与卤族元素反应,生成相应化合物,如:Si+2F2=SiF4Si+2Cl2=SiCl4这是利用工业硅制取多晶硅的主要反应之一。
硅在高温下能与氧化合,生成SiO2或SiO:2Si+O2=2SiO这是工业硅生产中,发生在电弧区的副反应,可造成硅的挥发损失,降低冶炼中硅的实收率。
工业硅生产常识问答

1、硅的主要物理化学性质有哪些答:硅的主要物理化学性质如下:原子量:28.086 比重:2.34g/cm3熔点:1413℃沸点:3427℃比热:(25℃时)4.89卡/克分子·度比电阻:(25℃时)214000欧姆·厘米纯净结晶硅是一种深灰色、不透明、有金属光泽的晶体物质。
它即不是金属,又不是非金属,介于两者之间的物质。
它质硬而脆,是一种良好的半导体材料。
硅在常温下很不活泼,但在高温下很容易和氧、硫、氮、卤素金属化合成相应的硅化物。
硅与氧的化学亲合力很大,硅与氧作用产生大量的热,并形成SiO2:Si+ O2= SiO2ΔH298=-210.2千克/克分子二氧化硅在自然界中有两种存在形式:结晶态和无定形态。
结晶态二氧化硅主要以简单氧化物及复杂氧化物(硅酸盐)的形式存在于自然界。
冶炼硅所用硅石,就是以简单氧化物形式广泛存在的结晶态二氧化硅。
结晶态二氧化硅根据其晶型不同,在自然界存在三种不同的形态:石英、鳞石英、方石英。
这几种形态的二氧化硅又各有高温型和低温型两种变体。
因而结晶态二氧化硅实际上有六种不同的晶体,各种不同的晶型存在范围、转化情况,随压力温度的变化二氧化硅的晶型转化不同,不仅晶型发生变化,而且晶体体积也随着自发生变化。
特别是从石英转化成鳞石英时,体积发生明显的膨胀,这就是硅石在冶炼过程中发生爆裂的主要原因。
结晶的二氧化硅是一种硬、较脆,难熔的固体。
二氧化硅的熔点为1713℃、沸点为2590℃。
二氧化硅的化学性质很不活泼,是一种很稳定的氧化物。
除氢氟酸外、二氧化硅不溶于任何一种酸。
在低温下比电阻很高(1.0×103Ω·cm),但温度升高时,二氧化硅的比电阻急剧下降,当温度升至2000℃时,二氧化硅的比电阻只有(100Ω·cm)。
硅与氧在自然界中普片存在的形式是二氧化硅。
但是,在一定条件下,将硅和二氧化硅混合加热到1500℃以上时,或将炭各过量二氧化硅加热到2000℃左右时,可获得一种挥发性很强的气态物质-氧化硅。
工业硅基础知识系列之:有机硅

工业硅基础知识系列之:有机硅有机硅化合物是指含有硅碳键的化合物,且至少有一个有机基团通过硅碳键结合到硅原子上。
如甲基硅烷CH3SiH3、二甲基二氯硅烷(C2H5)2SiCl2等都是有机硅化合物,而SiC、Si3N4等则属于无机硅化合物。
自然界中至今未发现有机硅化合物的存在,只有在动物羽毛和禾本科植物中发现有硅酸酯类化合物,但这类物质并不含有硅碳键(Si-C),而只是含有硅-氧碳键(Si—O—C)。
有机硅高聚物的种类繁多,包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷、聚氮硅烷等。
有机聚硅氧烷是其中最重要的一类,其结构可表示如下:其中,R为有机基团(如甲基、苯基等);n为硅原子上连接的有机基团数(n =1、2、3), m为聚合度。
一般认为的有机硅材料主要就是指以含聚硅氧烷主链的低聚或高聚物。
有机聚硅氧烷之所以有广泛的用途,主要由于它们具有其他高分子材料所无法比拟的独特性能:如耐高温、耐低温、防潮、绝缘、耐腐蚀、耐老化及生理惰性等。
有机硅高分子产品品种非常多样,有液体(硅油)、弹性体(硅橡胶)、树脂、乳液等,它们在宇航、航空、电气、电子、轻工、机械、化工、建筑、农业、医学、日常生活等方面均已得到广泛的应用。
有机硅材料在它的组成中既有无机硅氧烷链,又含有有机基团,是一种典型的半无机高分子。
而正是这种结构特点使它成为一种很特殊的高分子材料,并具有其它材料所不能同时具备的耐高温、阻燃、电气绝缘、耐辐射和生理惰性等一系列优良性能。
特别值得一提的是,有机硅工业的发展史不同于通用合成材料。
通用合成材料是以原料制造工艺、大型生产技术及产品的加工为中心发展的;而有机硅则是以产品开发为中心而发展的。
在近几十年来,有机硅单体的生产工艺变化不大,而有机硅技术重点主要在于产品应用上,如有机基团的引入、聚合物结构和交联技术等方面。
有机硅材料可以根据需要,设计出各种不同分子结构以满足各行各业不同场合下的使用要求。
在设计多用途产品时,可以采取下列途径。
工业硅生产中的安全问题与防范措施

工业硅生产中的安全问题与防范措施工业硅是一种重要的无机化工原料,广泛应用于光伏、半导体、电子等产业。
然而,由于其生产过程中存在一系列的安全隐患,如高温、高压、爆炸等,安全问题亟待解决。
本文将探讨工业硅生产中的安全问题,并提出相应的防范措施。
一、工业硅生产中存在的安全问题1. 高温与高压:工业硅的生产需要经历高温高压条件下的化学反应,如高温熔炼、氧化还原反应等。
这些高温高压条件容易导致设备爆炸、泄漏等危险情况的发生。
2. 强酸与强碱:工业硅生产过程中需要使用强酸和强碱进行反应和洗涤。
这些化学品的腐蚀性极强,操作不当可能导致人身伤害和设备受损。
3. 粉尘与有毒气体:工业硅生产过程中会产生大量粉尘和有毒气体,如二氧化硅、氯气等。
这些粉尘和气体对人体健康有害,容易引发呼吸系统疾病和中毒。
4. 静电与火源:工业硅生产过程中产生的粉尘和气体容易积聚静电,一旦遇到火源可能引发爆炸事故。
二、工业硅生产中的安全防范措施1. 设备安全:确保生产设备符合相关标准,并进行定期维护和检修,避免设备老化和损坏导致的安全隐患。
同时,加强对设备操作人员的培训,提高其安全意识和操作技能。
2. 化学品安全:合理储存和使用酸碱等化学品,配备必要的防护设施,如抗腐蚀手套、防护眼镜等。
采取严格的操作规程,规定化学品使用量和配比,避免误操作和事故发生。
3. 通风与排放:加强生产现场通风系统的设计和建设,确保粉尘和有毒气体的及时排放和清除。
定期对通风设备和排放管道进行检测和维修,保证其正常运行。
4. 静电防护:采取静电防护措施,如接地、使用防静电工具和设备等,减少静电积聚和释放的可能性。
定期清理生产现场的积尘,避免静电积聚点。
5. 防火措施:在生产车间设置火灾报警器、灭火器等消防设施,并定期进行维护和检查。
对生产车间进行分区,禁止吸烟和明火,确保火源与易燃易爆物品的分离。
6. 应急预案:制定详细的安全生产应急预案,明确事故报警、疏散、救援等各个环节的责任和程序。
工业硅生产中的安全问题与防范措施

工业硅生产中的安全问题与防范措施工业硅是一种重要的工业原料,在许多行业中被广泛使用。
然而,工业硅生产过程中存在着一些潜在的安全隐患,需要采取一系列的防范措施来确保生产的安全。
本文将讨论工业硅生产中的安全问题,并提出相应的防范措施。
一、火灾爆炸风险工业硅生产中使用的化学物质可能会导致火灾和爆炸风险。
首先,生产过程中常使用的硅粉具有较高的自燃性,一旦暴露在空气中,就有可能发生自燃。
其次,硅炉内温度升高时,可能会产生可燃性气体,增加火灾和爆炸的风险。
为了防范火灾和爆炸的风险,生产厂家应采取以下措施:1.硅粉的储存和使用要符合防火防爆的安全要求,存放在干燥通风的场所,并采取防尘措施,避免粉尘扩散和积聚。
2.在硅炉设计和操作过程中,需要考虑防爆要求,确保硅炉内的温度和压力得到有效控制,避免可燃气体的积聚和爆炸。
3.安装火灾和爆炸监测装置,及时探测火灾和爆炸的迹象,并采取相应紧急措施,防止事故扩大。
二、化学品泄漏在工业硅生产过程中,使用的化学品可能会发生泄漏,导致环境污染和工人健康受到威胁。
为了防止化学品泄漏的风险,应采取以下措施:1.建立完善的化学品储存管理制度,对化学品进行分类存放,并确保储存区域的通风良好,温度适宜,避免泄漏和挥发。
2.对化学品使用人员进行专业培训,提高他们对危险化学品的认识和防范意识,掌握正确的操作方法,及时进行泄漏应急处理。
3.在生产现场设置泄漏监测装置,能够实时监测化学品泄漏情况,并通过报警装置通知工作人员,迅速采取应急措施,防止泄漏扩散。
三、机械设备事故工业硅生产过程中使用的大型机械设备,如破碎机、磨粉机等,存在着机械事故的风险,可能导致工人伤亡和设备损坏。
为了降低机械事故的风险,应采取以下措施:1.确保机械设备的日常维护保养工作落实到位,定期进行设备检查和维修,确保设备的正常运行。
2.对机械设备使用人员进行培训,教会他们正确操作机械设备,并注意安全事项,避免操作不当导致事故。
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1、硅的主要物理化学性质有哪些答:硅的主要物理化学性质如下:原子量:28.086 比重:2.34g/cm3沸点:3427 C熔点:1413 C比热:(25 C时)4.89卡/克分子度比电阻:(25 C时)214000欧姆厘米纯净结晶硅是一种深灰色、不透明、有金属光泽的晶体物质。
它即不是金属,又不是非金属,介于两者之间的物质。
它质硬而脆,是一种良好的半导体材料。
硅在常温下很不活泼,但在高温下很容易和氧、硫、氮、卤素金属化合成相应的硅化物。
硅与氧的化学亲合力很大,硅与氧作用产生大量的热,并形成SiO2:Si+ O2= SiO2△ H298=-21O.2千克/克分子二氧化硅在自然界中有两种存在形式:结晶态和无定形态。
结晶态二氧化硅主要以简单氧化物及复杂氧化物(硅酸盐)的形式存在于自然界。
冶炼硅所用硅石,就是以简单氧化物形式广泛存在的结晶态二氧化硅。
结晶态二氧化硅根据其晶型不同,在自然界存在三种不同的形态:石英、鳞石英、方石英。
这几种形态的二氧化硅又各有高温型和低温型两种变体。
因而结晶态二氧化硅实际上有六种不同的晶体,各种不同的晶型存在范围、转化情况,随压力温度的变化二氧化硅的晶型转化不同,不仅晶型发生变化,而且晶体体积也随着自发生变化。
特别是从石英转化成鳞石英时,体积发生明显的膨胀,这就是硅石在冶炼过程中发生爆裂的主要原因。
结晶的二氧化硅是一种硬、较脆,难熔的固体。
二氧化硅的熔点为1713C 、沸点为2590C 。
二氧化硅的化学性质很不活泼,是一种很稳定的氧化物。
除氢氟酸外、二氧化硅不溶于任何一种酸。
在低温下比电阻很高(1.0 to3Q・Cm但温度升高时,二氧化硅的比电阻急剧下降,当温度升至2000 r 时,二氧化硅的比电阻只有(100Q ・ )硅与氧在自然界中普片存在的形式是二氧化硅。
化硅加热到2000 r 左右时,可获得一种挥发性很强的气态物质-氧化硅。
气态氧化硅只有在高于1500 r 时才能稳定存在。
低于 1500 r 时按下列反应分解:2 SiO<1500 QSi+ SiO 2氧化硅的挥发性很强,其蒸气压约在1890r 时,就达到一个大气压。
一氧化硅的高无色透明、即硬的晶体物质。
工业硅生产中形成的碳化硅因含有硅、炭和二氧化硅等杂志,形成黑色或绿色两种颜色不同的晶体。
炭化硅化学活性很差,但在高温下,大于分解反应:SiC+2 SiO 2> 1500 r 3SiO+CO总的来说:炭化硅的主要特性稳定、难分解、高温下比电阻小,不熔于合金。
在硅中只能熔解少量炭:如1725r 时在液态硅中可熔解 0.32%炭。
硅与铁形成硅铁,硅与钙可形成一系列的硅化钙。
硅是“工业之米,金属魔术”。
2、硅冶炼化学反应进程的影响因素答:在硅冶炼二氧化硅还原成硅的化学反应过程中如何平衡温度、压力、化学成分、 气象成分。
从热力学角度看,所有的反应都要在体系达到平衡状态下向正反应方向进行。
然在生产的实际过程中, 受综合条件的影响,必然有不同程度的波动, 甚至严重打乱和偏离平衡状态。
我们在这里以反应平衡状态为起点来对生产实际过程偏离原因进行分析, 响有利反应的因素。
在冶炼炉中,用 C 还原SiO 2的反应如下:但是,在一定条件下,将硅和二氧化硅混合加热到1500 C 以上时,或将炭各过量二氧挥发性硅石还原过程中起着十分重要的作用。
硅与碳可以形成炭化硅(SiC )o 纯炭化硅是种1500 C ,炭化硅能与某些氧化物强的气体作用发生分解。
如在高温下遇到二氧化硅时,就能产生以下寻找影厚度其反应就可充分进行,直到炉料中的C 全部反应。
b 、 SiO- SiC 层这一层处于SiO 2-C 以下,其温度大于 1500C ,又在层界交汇处,反应物层界交汇处,反应物SiO 2是上层中末消解完而沉落下来的。
其化学计量数为( 应物是上层的产物SiC ,随着温度的升高,相比强化。
在这一层中SiC 是过剩相。
有SiC 存在时在该温度区 SiO 2是非稳定相,直到将 SiO 2全部反应。
随温度和压力的逐渐升高,为下步Si 的生成反应创造条件。
由于此时反应是吸热,导致该层温度上升缓慢,因而这层不 能满足Si 生成的条件。
C 、 SiC-Si 层在本层紧连着SiO 2- SiC 层,由于上层反应产生的炉气同时充满着本层,这层离电弧区更近,故温度更高,有利于Si 反应生成,温度越高反应越激烈, 体系中生成的Si 也越稳定。
生成的液态Si 从SiC 表面低落下来,离开反应区。
反应不断进行,直到把 SiO 2+C 700-1200 C SiO+ CO SiO+2C 1200-1500 C SiC+ CO 2SiO 2+ SiO 1500-1800 C 2Si+ CO SiO+SiC 1800-1980 C 2Si+ CO在冶炼硅时,炉料从炉口加入,随着反应的进行,炉料逐渐预热下沉,温度渐渐升高,炉料在多层中的反应逐步展开,现分层分析如下:a 、SiO 2-C 层这一层是出于炉膛上部物料预热散料层。
冶炼用炉料的配料比,每批料的C 与SiO 2的配比为2:1,此层温度小于1200C ,该层中主要凝聚相是 SiO 2与C 共存。
与其他梯阶层相比,最显著不同是有大量的C 存在。
低温时的主要反应以 SiO 形态存在。
反应随着炉料下沉加热,温度升高大于1500 C 生成SiC 反应,反应随温度升高而加速。
这一层反应温度不是很高,在实际生产中都能满足,加上这一层里SiO 2为过剩相。
所以只要在散料层有一定C/SiO 2=1/3 )。
主要参与反 SiC 消耗完。
层反应。
并不是说某批料生成的 SiC 就一定要由该批料所产生的 SiO 来反应完,只不过是 在反应物和产物的量上,始终保持着动态平衡,以上分析模式是一个理想模式,假定 全部被吸收转化, 而没有损失, 那么 Si 的回收率 100%。
显然这在实际生产中是不可能达到的。
但是对分层的反应分析, 将有助于我们对实际生产过程中反应进程的理解和找出影响化 学反应进程的因素。
通过对以上硅冶炼反应层带的分析,下面对影响反应进程的因素分别讨论如下:a 、 温度和压力的而影响大家知道满足化学正向反应的主要条件是温度和压力,根据压力、温度,结合 绘制出平衡图。
依据热力学定律:在体系中某时刻压力、 温度平衡时, 当体系某状态的分压比(Jp )小于平衡状态时的气相分压( Kp )时反应正向进行,当体系中某状态点的分压比 (Jp )大于平衡状态时该气相的分压(Kp )时,反应向反向进行。
由此可见随着温度的增高而压力跟不上,反应只能反向进行,而不能生成 SiC 。
相反随着温度的升高,而压力平衡SiC 送往生成,热损大效率低。
实践证明,若预热带温度高,压力小,则炉况恶化,这就是有利于 Si 的生成。
这就是当炉眼大喷火时产量下降的原因。
b 、 配比的影响我们知道理想的炉料比是SiO 2: C 为1:2,当偏离这一比值时,虽然不会改变温度压力的平衡,但反应产物与SiO 2与SiC 的相对量都发生了变化,进而影响反应的进程。
如当SiO 2 量低于理论配比时:SiO 2-SiC 层,SiO 量少于化学计量数 1/3mol ,反应达某一进度时就会终止。
这是因为反应的前提条件要有SiO 2存在,由于SiO 2的不足,在该层中消尽。
因而不能以上分层断分析是一个基本单元反应进行的过程。
在实际的生产中, 炉内在交错进行多SiOSi-O-C于温升增大的状态,反应都能顺利进行而生成SiC 。
也就是说体系不适当的过热,阻碍了冶炼过程要求“冷料面”的原因。
只要保证在1980 C 及高的平衡状态时的该气相分压值,源源不断满足 Si 的生成条件。
若要达到生成条件反应,就必须提升体系的反应温度尽快下 沉到大于1500C 以上的反应区域,达不到这个温度,SiC 就积存在这一带。
在实际的生产中, 这种情况就是料轻涨炉底导致。
当SiO 2的配量多于理想配比时,在 SiO 2-SiC 层,SiO 2量大于1/3mol :对于炭化平衡来说,在这一带过多的消耗了SiC ,造成后续反应的SiC 量不足,同时生成更多的SiO ,造成SiO 损失增大。
在实际生产中由于操作、硅石粒度大,将有一部分 熔体渣相。
具体化表现料重、 刺火、渣多渣粘, 增大了副反应, 降低电热效率。
若温高易排,温低积极垫涨炉底。
特别强调的是过量的SiO 2是透气性变坏的最主要的原因之一。
过量的SiO 2 增加了副反应,限制了体系温度的提高。
在这里即使有稳定相,它将再次与SiO 2反应,生成SiO 。
c 、 炉料透气性的影响中要排出大量的炉气,当排气受阻时,所排出的气体就要反过来对体系形成一个附加压力。
然而炉料的透气性越差,体系中承受的压力越大。
只要生成物与反应物之间体积存在差异,体系压力就会对反应产生影响。
由于反应的产物的体积较其反应物扩大约 4 倍左右, 所以当膛内压力过大时,炉况差,且难于控制, 其原因就在于此。
因此在生产过程中十分注重炉料 的透气性,千方百计加以改善。
d 、炭质还原剂水分的影响还原剂中的水份在 SiO 2-C 层与 SiO 2-SiC 层或蒸发或离解,大多以气体的形式存在和排出,因而易造成体系中分压发生变化。
当水份含量较大时分压值变化相当明显, 特别是 SiO 2-C层和 SiO 2-SiC 层,由于蒸发离解反应带走大量的热,给下步反应温度带来的不足,造成亏SiO 2 未完全反应,而成Si ,由于SiO 2的存在,Si 属不炉料的透气性反应了炉料对气体排出阻力的大小、透气性越差, 则阻力越大。
冶炼过程有附加压力存在时,将使反应严重受阻,形成 Si 生成条件温度提高。
实际生产表明,当炉热现象,降低反应速度和产能。
据相关资料介绍,炉温每降低10C,反应速度降低1%。
e坩埚大小的影响坩埚” 系指炉料通过率高,容量大,透气性良好的反应区,从气体存纳的角度看,埚”区即为体系气相有效地存贮库。
“坩埚”区大,气体的体积则大,体系压力就小,有利于反应正向进行,进而降低硅的生成温度,强化反应和冶炼容量。
相反,当“坩埚”区缩小后,无论配比怎样准确,操作如何到位,炉子总是烧不好,如刺火,电极变浅,产量低,电耗高,质量差,实践中同样的炉料,同样的配比,同样的操作,投入到不同的两座容量能力相同的炉子,其中一个“坩埚”大,一个“坩埚”小,其结果就是“坩埚”大小的差异,导致体系压力不同,造成反应能力强弱,形成差距极大结果。
f、铁的影响在硅冶炼过程中铁参与使C 还原SiO2 的反应顺利进行。
而且实践表明硅铁生产中Fe 含量越高,冶炼越易进行。
这是因为当液态Si 和液态中的Si 都以纯物质为标准时,反应平衡常数只是温度和函数关系:Fe的熔点易提前生成Fe的化合液相,硅的生成温度随之下降,降低了Si 冶炼的烧成温度,大大有利促进反应正向进行。