Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
Из всех видов природного сырья наибольший интерес для производства четыреххлористого кремния представляют диатомит и трепел, так как они являются аморфной разновидностью кремнезема и обладают сильно развитой поверхностью. В лабораторных условиях проводилось хлорирование брикетов, приготовленных из диатомита, древесного угля и сульфит-целлюлозного щелока. При 1100— 1150 °С выход продукта достигал 46—50% [78].
Предложен [79] способ хлорирования диатомита в среде расплавленных солей. Вследствие каталитического влияния хлоридов щелочных металлов температура реакции снижена до 750—800 °С и создается хороший контакт между измельченной шихтой (диатомит, уголь) и хлором в среде расплава. Способ был проверен на опытной установке производительностью 1 т/сут.
Производство четыреххлориетого кремния
Промышленное получение четыреххлористого кремния начато в 30-х годах, когда нашли широкое применение кремнийорганиче-ские соединения. Мощность первых установок — около 1 т/сут SiGl4, мощность современных цехов достигает 15 тыс. т/год.
Основным промышленным способом получения SiGl4 как в Советском Союзе, так и за рубежом является хлорирование кремния, ферросилиция или карбида кремния в шахтных печах. Некоторое количество четыреххлористого кремния получают в качестве побочного продукта в производствах хлоридов титана, алюминия и циркония.
В соответствии с ГОСТ 8767--58 к четыреххлористому кремнию предъявляются следующие требования:
Плотность, г/см3 .................. 1,48—1,50
Температура, 0C
начала перегонки, не менее ......., . . . . 55
конца перегонки, не более . ........... 59
Остаток после перегонки, %, не более........ 2,5
Содержание железа (Fe), %, не более ........ 0,001
Сырье. Кремний. В промышленности кристаллический кремний — получают из кварца в шахтных дуговых электрических пёчах мощностью 2000—5000 кВА; в качестве восстановителя используют древесный уголь или нефтяной кокс. На получение 1 т кремния расходуется около 1400 кВт-ч электроэнергии.
В соответствии с ГОСТ 2169—69 выпускается кремний четырех марок (KpO, KpI, Кр2 и КрЗ), содержащий от 95,5 до 99% Si. Количество железа, алюминия и. кальция колеблется от 0,5 до 1,5%.
Ферросилиций — сплав железа с кремнием. Среднекремнистый (43—50% Si) и высококремнистый (72—95% Si) ферросилиций выплавляют в шахтных дуговых электрических печах. Малокремнистый (9—15% Si) ферррсилиций выплавляют в доменных печах.
В соответствии с ГОСТ 1415—61 выпускают три марки ферросилиция следующего состава (%):
Si Mn Cr P s
Cu-90 /....... 87—95 0,5 0,2 0,04 0,04
Си-75 ........ 74—80 0,7 0,5 0,05 0,04 '
Си-45 ........ 40—47 0,8 0,5 0,05 0,04
В производстве четыреххлористого кремния используют только ферросилиций марок Си-75 и Cu-90.
Технология получения четыреххлористого кремния. Технологическая схема процесса (рис. 10-7) включает следующие стадии: 1) измельчение сырья и составление шихты; 2) хлорирование; 3) последовательная конденсация твердых возгонов и четыреххлористого кремния; 4) ректификация четыреххлористого кремния; 5) очистка отходящих газов. Некоторые отличия схем, принятых различными заводами, обусловлены тицом основного оборудования, в частности хлоратора.
В качестве сырья применяется шихта, содержащая 70% металлического кремния и 30% ферросилиция марки Си-75 или только ферросилиций марки Gu-90; размер кусков ферросилиция составляет примерно 50—60 мм. Желательно, особенно при хлорировании в горизонтальной печи, чтобы сырье имело следующий гранулометрический состав:
Размер зерен, мм..... 25—30 50—80 80—120
Содержание, % ..... 5—10 25—30 65—70
Сырье такого состава способствует равномерному распределению хлора по сечению печи и предотвращает сильные перегревы при взаимодействии хлора с ферросилицием, обладающим развитой поверхностью.
10
Рис. 10-7. Технологическая схема производства четыреххлористого кремния:
J — щековая дробилка; 2 — ковшовый элеватор; 3 — грохот; 4 — шахтный подъемник;
5 — загрузочный бункер; 6 — печь, хлорирования; 7 — конденсатор хлорного железа;
6 — скруббер; 9 — кипятильник; 10, 14 — холодильники; 11 — сборник технического продукта; 12 — ректификационная колонна; 13 — дефлегматор; 15 — сборник готового продукта; 16 — разлагатель твердых отходов; 17 — камер.і гидролиза; 18 ,— колонна для поглощения отходящих газов.
Ферросилиций дробят на щековой дробилке, затем ковшовым элеватором подают на грохот, где установлены сита разных размеров. Крупные куски из верхнего сита возвращаются на повторное дробление. Мелочь, прошедшую через последнее сито, отбрасывают только в том случае, если хлорирование проводят в горизонтальной печи.
Дробленый ферросилиций с помощью шахтного подъемника tfo-дают в загрузочные бункера, из которых он самотеком поступает в подогреватель сырья (в период пуска печи). Сырье при 300—400 °С загружают через определенные промежутки времени в печь хлорирования.
Печь хлорирования (рис. 10-8) представляет собой двухконусный стальной аппарат шахтного типа с водяной рубашкой. Поверхность охлаждения около 7 м2. Диаметр широкой части печи 900 мм, узкой 480 мм, общая высота печи 3300 мм. Нижний конус печи имеет меньшую высоту (650 мм) и футерован диабазовой плиткой в один слой.
