Ильин Александр Александрович, научный сотрудник
101400, г. Темиртау, пр. Республики, 30
Alexander A. Ilin, Researcher
30, Respubliki pr., Temirtau 101400
Пикалова Ирина Анатольевна, старший преподаватель кафедры «Металлургия и материаловедение»
101400, г. Темиртау, пр. Республики, 30
Irina A. Pikalova, Senior Lecturer of the Metallurgy and Materials Science Department
30, Respubliki pr., Temirtau 101400
Зобнин Николай Николаевич, к.т.н., старший преподаватель кафедры «Металлургия и материаловедение»
101400, г. Темиртау, пр. Республики, 30
Nikolay N. Zobnin, Cand. Sci. (Eng.), Senior Lecturer of the Metallurgy and Materials Science Departmen
30, Respubliki pr., Temirtau 101400
Цель – изучение распределения бора между кремнием и шлаком систем CaO-SiO2, MgO-SiO2, CaO-MgO-SiO2, CaO-Al2O3-SiO2 в восстановительных условиях для определения принципиальной возможности и условий применения борсодержащих материалов для устранения ошлакования плавильной зоны при выплавке технического кремния в рудотермических печах. В качестве объекта исследования применялись модельные шлаки, полученные сплавлением оксидов марки ХЧ, а также сплавы на основе кремния с примесью бора. Кремний использовался качества 5N производства ТОО «Kazakhstan Solar Silicon». Сплавы с бором изготавливались самостоятельно сплавлением кремния с бором. Эксперименты проводились путем выдержки в графитовых тиглях шлака и сплавов в жидком состоянии при температуре 1600°С в слабо восстановительных условиях. Содержание бора в образцах шлака и кремния анализировалось методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. В результате исследований установлено, что коэффициент распределения бора в вышеуказанных системах составляет от 2 до 2,5 во всей области расплавов этих систем при 1600°C. Показано, что коэффициент распределения бора уменьшается с увеличением содержания Al2O3 в трехкомпонентной системе CaO-Al2O3-SiO2, что согласуется с аналогичными данными, полученными другими авторами. Показано, что при использовании в экспериментах графитовых тиглей создаются восстановительные условия, приближенные к условиям рабочей подины рудотермической печи. Соответственно, это обеспечило получение более адекватных данных при прогнозировании равновесного содержания бора в кремнии (в сравнении с экспериментами, проводимыми в глиноземных тиглях другими авторами). Также установлено, что коэффициент распределения бора не зависит от содержания оксида магния в двойной (MgO-SiO2) и трехкомпонентной (CaO-MgO-SiO2) системах. Таким образом, полученные в исследованиях результаты позволяют исключить ограничения по содержанию бора в борсодержащих флюсах при выплавке технического кремния.
We study the distribution of boron between silicon and slag of the CaO-SiO2, MgO-SiO2, CaO-MgO-SiO2, and CaO-Al2O3-SiO2 systems under reducing conditions with the purpose of determining the feasibility of using boroncontaining materials to eliminate slagging in the melting zone during industrial silicon smelting in ore smelting furnaces. To that end, we used model slags obtained by melting chemically pure oxides, as well as silicon-based alloys with an admixture of boron. High-purity 5N silicon produced by Kazakhstan Solar Silicon LLP was used. Boron alloys were manufactured independently by melting silicon with boron. The experiments included holding liquid slag and alloys in graphite crucibles at a temperature of 1600°C under poorly reducing conditions. The boron content in slag and silicon samples was analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry. The boron distribution coefficient in the above systems was established to range from 2 to 2.5 for the entire melt area of these systems at 1600°C. The boron distribution coefficient was demonstrated to decrease under an increase in the content of Al2O3 in the CaO-Al2O3-SiO2 triplet system, which agrees with the data obtained by other authors. The use of graphite crucibles in experiments creates reducing conditions, similar to those in the hearth of an ore smelting furnace. Therefore, this approach provides more adequate data in predicting the equilibrium boron content in silicon in comparison with the experiments conducted using alumina crucibles by other authors. It was also found that the boron distribution coefficient does not depend on the magnesium oxide content in double (MgO-SiO2) and triplet (CaO-MgO-SiO2) systems. In conclusion, our results lift restrictions on the content of boron in boron-containing fluxes during industrial silicon smelting.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.