Технология промышленной переработки кремния: дробление, измельчение, сортировка и промывка

Что включает в себя промышленная обработка кремния

Промышленный кремний покидает-дуговую печь в виде грубо отлитого блока, содержащего захваченный шлак, мелкие частицы и поверхностные загрязнения. Обработка — это последовательность механических и химических этапов, которые превращают блок в товарный продукт с определенным распределением размеров и определенным химическим составом. Основными этапами являются дробление, измельчение, сортировка, кислотная промывка, обеспыливание и упаковка, причем каждый этап выбирается в соответствии с конечным применением, а не применяется равномерно ко всему материалу.

Цель этой последовательности можно сформулировать просто: дробление и измельчение определяют размер, сортировка классифицирует размер, кислотная промывка удаляет часть поверхностного железа и алюминия, обеспыливание удаляет мелочь, которая в противном случае загрязнила бы чистый продукт, а упаковка защищает то, что было достигнуто. Поэтому технологическая линия проектируется в обратном порядке по спецификации заказчика.

Дробление и измельчение

Уменьшение размера обычно выполняется поэтапно, поскольку измельчение литого блока до мелкого порошка за один этап приводит к потере энергии и образованию избытка нежелательной мелочи.

Первичное дробление превращает отлитый блок в кусочки-размером с кулак, обычно с помощью щековой дробилки. Целью на этом этапе является освобождение видимых шлаковых включений, чтобы их можно было удалить путем ручной сортировки или магнитной сепарации.

Вторичное дробление приводит к дальнейшему измельчению кусков, обычно с помощью конусной или молотковой дробилки, с получением сырья, пригодного для рассева на кусковые фракции.

Измельчение дает мелкие фракции. Используется шаровая мельница или маятниковая мельница, и время пребывания определяет, насколько мелким будет продукт.

В ходе промежуточной сортировки между этапами удаляется материал, который уже соответствует спецификации, чтобы он не был-размолот. Этот шаг является единственным и наиболее эффективным способом контроля количества нежелательного мелкого порошка в кусковом продукте.

Контроль загрязнения во время уменьшения размера важен. Изнашиваемые детали камеры дробления по мере износа выделяют железо в продукт, поэтому выбор материала футеровки и частота замены оказывают прямое влияние на содержание железа в готовом кремнии.

Скрининг и классификация по размерам

Металлический кремний продается в диапазоне размеров, а не в одном размере, и диапазон обычно выражается в миллиметрах для кускового материала и в сетках для порошка.

Форма продукта	Типовое обозначение размера	Основное использование
Кусок	10-50 мм, 10-100 мм	Раскисление стали и добавление сплавов
Гранулированный	1-3 мм, 3-8 мм	Литейное прививание и непрерывное добавление
Порошок, грубый	16-60 меш	Легирование алюминия, гравитационная подача
Порошок, средний	60-120 меш	Общее раскисление и легирование
Порошок, мелкий	120-200 меш	Быстрорастворимая-добавка, химическое сырье

Вибросито с двумя или тремя деками производит несколько резов за один проход. Материал с большим размером возвращается на завод, а материал с меньшим размером либо продается как отдельный сорт мелкого проката, либо смешивается обратно, если это позволяет спецификация. Поскольку каждый этап сортировки потребляет энергию и приводит к потере выхода, цена порошка растет по мере того, как срез становится тоньше.

Кислотная промывка и регулировка чистоты

Если требуется низкое содержание железа и алюминия, измельченный кремний обрабатывают разбавленной кислотой, а затем промывают чистой водой до удаления остатков кислоты. Обработка воздействует на фазы,-богатые железом, которые располагаются на границах зерен, и растворяет часть поверхностного металла, поэтому в промытом материале содержание железа и алюминия ниже, чем в том же непромытом материале. Эффект наибольший на мелких фракциях, поскольку площадь поверхности, доступная кислоте, больше.

Три практических условия определяют результат. Концентрация кислоты и температура определяют, насколько агрессивно воздействует на поверхность. Время выщелачивания определяет, насколько глубоко проникнет атака. Этап промывки и сушки определяет, остались ли остатки кислоты или влаги, оба из которых влияют на последующее использование. Недостаточно-промытый материал может вызвать коррозию упаковки и создать опасность при обращении с ним, поэтому сушка и нейтрализация являются частью процесса, а не второстепенной задачей.

Обеспыливание, упаковка и контроль качества

Обеспыливание удаляет мелкие частицы, образующиеся при дроблении и сортировке. Рукавные фильтры и циклонные сепараторы являются обычным оборудованием, а собранная пыль обычно продается отдельно в виде мелкой пыли, а не выбрасывается.

Детектор металлов и магнитная сепарация удаляют фрагменты дробильного оборудования, которые в противном случае выглядели бы как примеси железа в готовом продукте.

Подготовка и анализ проб подтверждают содержание кремния, железа, алюминия и кальция в каждой партии перед ее выпуском. Марка — это обещание о химии, поэтому результат анализа определяет маркировку класса, а не настройки процесса.

Упаковка выбирается в зависимости от формы продукта: кусковый материал в мешках или бочках, порошок в герметичных влагонепроницаемых-мешках для предотвращения пыления и-схватывания влаги.

Записи прослеживаемости связывают поставленную партию с партией печи, а также с записями о проверке и мойке, что позволяет клиенту разрешать спор с помощью данных, а не аргументов.

Химический состав и цель обработки

Маршрут обработки выбирается для достижения определенного качества, а качество определяется максимально допустимым содержанием железа, алюминия и кальция. В таблице ниже указаны химические вещества, необходимые для основных сортов.

Оценка	Si (процент мин.)	Fe (максимум в процентах)	Al (максимум процентов)	Ca (максимум в процентах)
Кремний металлический 2202	99.58	0.2	0.2	0.02
Кремний металлический 3303	99.37	0.3	0.3	0.03
Кремний металлический 411	99.4	0.4	0.1	0.1
Кремний металлический 421	99.3	0.4	0.2	0.1
Кремний металлический 441	99.1	0.4	0.4	0.1
Кремний металлический 551	98.9	0.5	0.5	0.1
Кремний металлический 553	98.7	0.5	0.5	0.3

Если рассматривать все вместе, оценки показывают, почему глубина обработки соответствует спецификации. Переход от 553 к 441 требует более жестких ограничений по алюминию и кальцию и может быть достигнут при тщательном выборе и проверке сырья. Достижение уровня 411 или 421 требует более жесткого контроля алюминия, что, в свою очередь, требует использования восстановителя с низким-алюминием и чистого сортировочного оборудования. Достижение уровня 2202 требует одновременного контроля всех трех примесей и обычно поддерживается промывкой кислотой, дополнительной сортировкой и специальной практикой плавки. Другие химические составы и диапазоны размеров могут быть изготовлены на заказ, если спецификация заказчика отличается от стандартных марок.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Каковы основные этапы промышленной переработки кремния?
Последовательность состоит из первичного и вторичного дробления, измельчения, промежуточного и окончательного грохочения, кислотной промывки, когда требуется низкое содержание железа или алюминия, обеспыливания, обнаружения металлов, отбора проб и анализа и, наконец, упаковки. Конкретный маршрут выбирается в соответствии с сортом и размером, указанным заказчиком.

Вопрос: Почему измельчение и сортировка выполняются более чем в один этап?
Один шаг снижения приводит к потере энергии и увеличению штрафов. При сортировке между этапами удаляется материал, который уже соответствует спецификации, поэтому он не перемалывается-, а негабарит возвращается на завод. Это позволяет контролировать распределение по размерам и снижает потери товарного кускового продукта.

Вопрос: Что дает кислотная промывка?
Разбавленное кислотное выщелачивание воздействует на богатые железом-фазы на поверхности и вдоль границ зерен измельченного кремния, затем материал промывают и сушат. Результатом является более низкое содержание железа и алюминия на поверхности, что оказывает наибольшее влияние на мелкие фракции, поскольку они имеют большую площадь поверхности.

Вопрос: Как выражается размер металлического кремния?
Кусковой материал описывается в миллиметрах, например, 10-50 мм, тогда как порошок описывается в сетках, например, 16-200 меш. Гранулированный материал находится между ними и обычно измеряется в миллиметрах, например 1–3 мм или 3–8 мм для литейного производства.

Вопрос: Изменяет ли обработка содержание кремния?
Обработка в основном меняет распределение размеров и химический состав поверхности. Содержание кремния в той или иной марке в основном определяется загрузкой печи и качеством восстановителя, в то время как дробление, сортировка и промывка используются для поддержания уровня железа и алюминия в пределах, допускаемых маркой.

Вопрос: Какой сорт требует самой глубокой обработки?
Такие марки, как 2202, которые одновременно ограничивают железо, алюминий и кальций, требуют самой тщательной практики: отбора сырья с низким-примесями, чистого дробильно-сортировочного оборудования и, как правило, кислотной промывки и дополнительной сортировки. Стандартные сорта, такие как 553, требуют только дробления, сортировки и обеспыливания.

Вопрос: Как проверяется качество продукции перед отправкой?
Из каждой партии отбираются пробы и анализируются на содержание кремния, железа, алюминия и кальция, а магнитная сепарация и металлодетекция используются для удаления фрагментов железа, попавших в результате износа дробильного оборудования. Заявленный класс определяется результатом анализа, а не настройками процесса.