Применение химических соединений – порофоров для повышения показателей углеродных восстановителей в цветной металлургии    

1 Горохов А.П., Дошлов О.И. 2

1 Студент 5 курса кафедры химической технологии Национального Исследовательского Иркутского государственного технического университета.

             2 Профессор кафедры химической технологии  Национального Исследовательского Иркутского государственного технического университета,  член. корр. РАЕН.

Порофор – это химические соединения, которые при нагревании разлагаются, выделяя углекислый газ.  Для изделий, у которых прочность имеет одно из решающего значений, пористая структура дает значительную экономию материала. На качество влияют многие факторы, и поэтому важен правильный выбор вспенивателя, учитывающий особенности переработки углеродного восстановителя и его использование. Порофор должен разлагаться при температуре, близкой к температуре переработки нефтяного кокса, выделяя как можно больше газа. [3]

Поэтому основные технические характеристики порофора:    

·       температура его разложения;

·       газовое число.

     Последнее показывает сколько газа (в куб. см) образуется при разложении 1 гр. порофора. Среди органических порофоров наибольшее значение имеют соединения, разлагающиеся с выделением азота. 
          По химической структуре важнейшие порофоры можно разделить на следующие группы: 
– производные азодикарбоновой кислоты; 
– N - нитросоединения; 
– ароматические сульфонилгидрозиды. 

    В данной работе применялся хлорид кальция, CaCl2 кальциевая соль соляной кислоты. Хлорид кальция получают как побочный продукт в производстве  соды.

      Углеродистые материалы, применяемые при выплавке кремния, должны обладать следующими физико-химическими свойствами:

·       высоким содержанием углерода;

·       удельным электросопротивлением;

·       высокой реакционной способностью; 

·       низким содержанием золы и ее благоприятным химическим составом;

·       оптимальным гранулометрическим составом;

·       достаточной механической прочностью.

      По указанным требованиям нельзя однозначно определить металлургическую ценность углеродистого восстановителя, так  как отсутствует универсальный метод качественного и количественного определения этой характеристики.

Один из компонентов восстановительной смеси, применяемой для выплавки кремния, — нефтяной кокс, обладающий высоким содержанием твердого углерода, достаточной механической прочностью, низким содержанием золы и летучих веществ.

        Основным недостатком нефтяного кокса является низкая удельная поверхность (2-4 м2/г), слабая ре­акционная способность и склонность к графитизации при высоких температурах. Поэтому большой интерес представляют исследования, направленные на улучшение металлургической ценности нефтя­ного кокса, повышение его удельной поверхности и реакционной способности, снижение механичес­кой прочности.

        Производство углеродного  восстановителя осуществляется на установки замедленного коксования ( УЗК).  В момент получения сырого нефтекокса с установки УЗК, рекомендую вводить порофоры 1-2% от массы. Полученный продукт после прохождения стадии грохочения: нефтекоксовая мелочь фракцией 0 – 3 мм используется для брикетирования технического гидролизного лигнина (ТГЛ), а фракция 3 - 8 мм для производства кристаллического кремния в цветной металлургии.

      Сырой нефтяной кокс размером фракций 8-25 мм и 25-300 мм, в большей степени используется в промышленном производстве алюминия.

В табл. 1 приведены состав и свойства различных видов углеродистых восстановителей.

Таблица 1

Состав и свойства различных видов углеродистых восстановителей

Восстановители

Влага, %

Зола, %

Поры, %

Удельное электросопротивление, Ом*см

Реакционная способность, Мл/г*с

Механическая прочность, Мпа

Древесный уголь

   6,0

1,2

19,0

106

9,8

17,0

Нефтяной кокс

3,1

0,16

3,6

103

0,42

20,4

Высокореакционный нефтяной кокс

5,6

0,18

8,2

103

1,06

26,8

 

      В представленной таблице № 1 Состав и свойства различных видов углеродистых восстановителей.

Сравниваются характеристики трех восстановителей:

·       Древесный уголь

·       Нефтяной кокс

·       ВРНК

    Высокореакционный нефтяной кокс имеет благоприятные  показатели, как восстановитель в цветной металлургии для производства кремния, превосходя в большинстве позициях нефтяной кокс и незначительно уступая древесному углю.

Для оценки влияния углеродистых восстанови­телей на работу рудотермической печи необходимо знать удельное электросопротивление (УЭС) при температурах 400-1800°С. Для определения УЭС ис­пользовали методику расчета института металлур­гии Уральского отделения РАН РФ, позволяющую измерять удельное сопротивление в указанном диа­пазоне температур [1].

Таблица № 2

Физико-химические свойства углеродистых восстановителей при температуре прокалки 1400 °С.

Восстано­вители

Удельный объем, см3/г

Объем открытых пор

кажу­щийся

факти­ческий

см3/100 г

%

 

Древесный уголь

2,456

1,466

99,0

40,5

Нефтяной

КОКС

0,837

0,640

23,0

26,5

Высоко­реакцион­ный нефтя­ной кокс

1,412

0,946

40,5

32,4

 

Из представленной таблице № 2 пористости исследуемых материалов видно, что ВРНК по удельному объему и объему открытых пор лучше нефтяного кокса по полученным показателям, но уступает древесному углю.

Добавление порофор в процесс получения химически чистого кремния методом его карботермического восстановления из кремнезема с использованием смеси углеродистых восстановителей, благоприятно влияет на показателе нефтяного кокса, а именно увеличение следующих характеристик:

·       объема открытых пор;

·       удельного объема: кажущего и фактического;

·       механической прочности;

·       удельной поверхности;

·       реакционной способности;

·       удельного электросопротивления;

·       газопроницаемости, способствующая равномерному выделению газов.

         Проведенные исследова­ния показали, что добавление химических соединений – порофоров положительно влияет на  нефтяной кокс улучшая его показатели. Экономических эффект заключается в том, что при вводе порофора в процесс УЗК, стоимость товарного продукта не увеличивается, так как используется для приготовления высокореакционного нефтяного 1 – 2 % от массы.

 

Список литературы

1.     Зелъберг Б.И., Черных А.Е., Ёлшин К.С. Шихта для электротермического производства кремния: монография. — Челябинск: Металл, 1994. -320 с.

2.     Кожевников Г.Н., Водопьянов А.Г., Чуфаров Г.И. О взаимодействии моноокиси кремния с углеродом. — Изв. Ан СССР. Металлы. —1972. — №4. — С. 82-85.

3.     ГОСТ 450 – 77. Кальций хлористый – технический кальцинированный.