Silicon production using long flaming coal and improvement of its quality indicators

Producción de silicio utilizando carbón de llama larga y mejora de sus indicadores de calidad

El objeto de este estudio es explorar las posibilidades de producción metalotérmica de silicio cristalino utilizando diversos tipos de agentes reductores de carbono como agente reductor. La experiencia de las empresas existentes muestra que uno de los mejores agentes reductores de carbono que califica la tecnología de fusión eléctrica del silicio es el carbón vegetal. Por otro lado, el carbón vegetal presenta una serie de desventajas, como su escasez, alto coste y baja resistencia mecánica. Las fundiciones experimentales han demostrado la posibilidad principal de producir el silicio cristalino que cumple los requisitos de la norma de cuarzo utilizando coque especial de baja ceniza y carbón de llama larga como agentes reductores.

INTRODUCCIÓN

Mediante el análisis termodinámico del sistema Si-OC se pueden determinar los patrones generales de recuperación de sílice utilizando carbono.

Las principales reacciones de síntesis asociadas a la producción de silicio, son:

SiО₂ + С = SiO + CO;

SiО₂ + ЗС = SiC + 2CO (1)

SiО₂ +2SiC = 3Si +2CO;

SiО₂ + 2С = Si +2CO (2)

En condiciones ideales, cuando el carburo de silicio no se almacena en el horno y el monóxido de silicio SiO no se volatiliza, la reacción de recuperación procede según la última ecuación (2) [1].

Los cálculos termodinámicos muestran que la formación de carburo de silicio y silicio elemental es posible a temperaturas correspondientemente superiores a 1 525 y 1 650 °C.

A partir de estudios cinéticos, análisis químicos, cristalográficos y radiográficos de los productos de la interacción de la sílice y el carbono se demuestra el papel determinante de los compuestos intermedios (monóxido de silicio y carburo de silicio) en el proceso de recuperación. El proceso transcurre con el óxido en estado gaseoso. Así, en el sistema Si - O - C este óxido sólo puede ser SiO.

La recuperación notable de SiO₂ a partir de mezclas coaguladas comienza a 1 300 °C y aumenta hasta 1 450 °C.

La fusión del silicio cristalino es un proceso sin escorias, que sólo es posible utilizando materias primas. La formación de incluso una pequeña cantidad de escoria - 2 - 3 % de la masa de aleación fundida complica el proceso y afecta a la calidad del silicio, por eso el principal requisito del cuarzo, utilizado como materia prima para la fusión del silicio cristalino, es su pureza (no debe contener impurezas tales como óxidos de aluminio, hierro, calcio, titanio y otros elementos).