Metode proizvodnje ferosilikona uglavnom se temelje na reakcijama smanjenja visoke temperature. Glavni postupak je smanjenje silicijevog dioksida (SiO₂) i željeza u električnoj peći pomoću agensa za redukciju ugljika za proizvodnju legure ferosilikona.
1. Priprema sirovina
Silika (siO₂):
Zahtjevi: Sadržaj silicijevog dioksida veći ili jednak 97%, nizak sadržaj nečistoće (npr. Al₂o₃, CaO) kako bi se osigurala čistoća silicija.
Pred-tretman: drobljenje na 5-50 mm čestice za poboljšanje učinkovitosti reakcije.
Izvor željeza:
Čelični otpad, podnese željeza ili željezna ruda (npr. Magnetit) se obično koriste.
Uloga željeza: djeluje kao nosač silicija, smanjuje reakcijsku temperaturu i tvori leguru.
Sredstvo za smanjenje ugljika:
Koks (preferirano): visoki fiksni sadržaj ugljika (veći od ili jednak 80%), nizak sadržaj pepela (manji od ili jednak 10%).
Ostali: ugljen, naftni koks (skuplji, za posebne zahtjeve).
Pomoćne sirovine:
Čelični otpad (za regulaciju propusnosti zraka peći), vapno (tok, kako bi se smanjila viskoznost šljake).
2. Glavna oprema - Potopljena lučna peć (električna lučna peć)
Pećnica:
Otvorena ili zatvorena lučna peć ispod toka, s tim da je zatvoreni tip glavni tip (ekološki prihvatljiv i s visokom razinom upotrebe toplinske energije).
Kapacitet: Obično 10-50 MW, veliki kapacitet peći do 100, 000 tona/godine.
Elektrode:
Samo pečene elektrode ili grafitne elektrode promjera do 1,5 metara koje prenose električnu energiju duboko u naboj peći.
Dizajn peći:
Podstava vatrostalne materijale (npr. Ugljična opeka, magnezijska opeka) otporna na visoke temperature (1800-2000 stupanj).
3. Proizvodni proces
(1) Doziranje i učitavanje
Pomiješajte silika, željezo, koks i pomoćne sirovine u omjeru (npr. Silika: Coke≈3: 1).
Slojevi sloj opterećenja: Koks na dnu, mješavina silicijevog dioksida i izvor željeza na vrhu, kako bi se održala propusnost zraka u peći.
(2) reakcija smanjenja visoke temperature
Temperatura reakcije: 1600 ~ 2000 stupnjeva, energija se isporučuje električnim lukom i otpornim grijanjem.
Glavne kemijske reakcijesu:
Sio 2+2 C → Si +2 Co ↑ (osnovna reakcija) FeO+C → Fe+Co ↑ (Smanjenje izvora željeza).
Štetne reakcije: Formiraju se male količine intermedijara kao što su SIC i FESI₂. Potrebno je kontrolirati temperaturu peći kako bi se spriječilo pretjeranu karbonizaciju.
(3) Taljenje i odvajanje
Smanjeni silicij i željezo tvore rastopljinu leguru (gustoća oko 5,2 g/cm³), koja tone na dno peći.
Šljaka (uglavnom koja se sastoji od Cao-Sio₂-Al₂o₃) lebdi do vrha i redovito se ispušta.
(4) izlijevanje i lijevanje
Molped Ferrosilicon ulazi u ladicu kroz izlaznu rupu.
Ulijeva se u ingote ili granulirano (gašenje vode koristi se za dobivanje granularnog ferosilikona).
(5) rafiniranje (neobavezno)
Čišćenje kisika/argona: Smanjuje nečistoće poput aluminija i kalcija, što rezultira niskom aluminijskom ferosilikonom (npr. Posebne ocjene za smanjenje metala magnezija).
Dodavanje sredstva za stvaranje šljake: daljnje odvajanje nečistoća.
4. Zahtjevi za potrošnju energije i energije
Potrošnja električne energije:
Za proizvodnju 1 tonu Ferrosilicon, 8, 000-9, 000 kWh električne energije, što je 60-70% ukupnih troškova.
Izvori energije: Većina se nalazi u područjima s puno hidroelektrične snage (npr. Yunnan, Kina i Norveška).
Tehnologije uštede energije:
Oporavak otpadne topline (uporaba ispušnih plinova za prethodno zagrijavanje sirovina).
Električne peći zatvorenog tipa smanjuju gubitak topline.
5. Mjere zaštite okoliša
Ispušni plin:
Zatvorene električne peći sakupljaju CO plin (koji se može izgorjeti za proizvodnju električne energije ili se koristiti kao kemijska sirovina).
Filteri s vrećama hvataju prašinu (uključujući siO₂ čestice koje se koriste u proizvodnji građevinskih materijala).
Pročišćavanje otpadnih voda:
Opadne vodene vodene vodene vodene vodene vodene vode treba reciklirati kako bi se spriječilo zagađenje silicija u prahu.
Odlaganje čvrstog otpada:
Šljaka se može koristiti za izgradnju cesta ili kao dodatak cementu.
6. Posebni proizvodni procesi
(1) Izravna metoda (metoda u jednom koraku)
Istodobno smanjenje silicijevog dioksida i željeza, pogodno za sorte s niskim i srednjim silicom (npr. FESI45).
Prednosti: jednostavan postupak, niski troškovi; Nedostaci: loša kontrola nečistoće.
(2) Neizravna metoda (metoda u dva koraka)
Prvo, proizvodi se industrijski silicij (Si veći od ili jednak 98%), a zatim se rastopi željezom za proizvodnju visoko-siliceoznog ferosilikona (npr. FESI90).
Prednosti: veća čistoća; Nedostaci: povećana potrošnja energije.
7. Karakteristike svjetske proizvodnje
Kina:
To čini više od 60% svjetskog proizvodnog kapaciteta, koncentriranih u hidroenergetskim područjima sjeverozapada (Ningxia, Unutarnja Mongolija) i jugozapadne (Yunnan).
Posljednjih godina male i zastarjele peći (<25,000 kVA) have been decommissioned due to the impact of the "dual carbon" policy.
Norveška/Rusija:
Upotreba čiste energije (hidroelektrana/nuklearna) za proizvodnju ferosilikona s dodanom vrijednošću (npr. Nisko-aluminij FESI75).
8. Tehnološki izazovi i inovacije
Zamjena sirovina: Pokušaji zamijeniti koks ugljenom biomase kako bi se smanjila emisija ugljika.
Inteligentna kontrola:
Optimizacija sastojaka i temperature pećnice pomoću umjetne inteligencije za poboljšanje energetske učinkovitosti (npr. 5-10% smanjenje potrošnje energije).
Testovi metalurgije vodika:
Proučavanje mogućnosti korištenja vodika za djelomičnu zamjenu agensa za smanjenje ugljika kako bi se postigla ekološka prijateljstva proizvodnje (još uvijek u fazi laboratorijskog istraživanja).