5.1.4 Влияние примесей шихты на состав технического кремния

Согласно ГОСТ 2169-69 России и спецификациям фирм – производителей, технический кремний должен иметь следующий примесный состав, исходя из которого, вытекают требования к качеству сырья и технологии производства:

Таблица 1

Марка кремния		Массовая доля, %
		Крем-ний не менее	Примесей не более
			Fe	Al	Сa	Ti	B	P	Сумма
Кр 00 (ГОСТ 2169-69)		99,0	0,4	0.3	0.4	-	-	-	1.0
Кр 0 (ГОСТ 2169-69)		98,8	0,5	0.4	0.4	-	-	-	1.2
Кр 1 (ГОСТ 2169-69)		98,0	0,7	0.7	0.6	-	-	-	2.0
Кр 2 (ГОСТ 2169-69)		97,0	1,0	1.2	0.8	-	-	-	3.0
Кр 3 (ГОСТ 2169-69)		96,0	1,5	1.5	1.5	-	-	-	4.0
КРП (ЗАлК)		98.56	0.5	0.3	0.6	0.03	0.003	0.006	-
“Элкем”, Норвегия		98.5	0.5	0.1-0.3	0.05	0.05	0.005	0.005	-
Китай, “Цзилиньский химкомбинат”		98.5	0.5	0.4	0.6	-	-	-	-
Бразилия “Electro-silex”	Standard	98.5	0.5	0.3	0.3	-	-	-	-
	High purity	99.0	0.4	0.1	0.07	-	-	-	-

Содержание кремния устанавливается как разность между 100% и суммой определяемых примесей.

В кремнии, предназначенном для производства Al-Si сплавов, допускается повышенное по сравнению с нормами ГОСТа содержание А1 без увеличения суммы определяемых примесей.

В кремнии, предназначенном для производства кремнийорганических соединений, содержание Ti не должно превышать 0.3% с соответствующим увеличением суммы определяемых примесей.

Сортность кремния при плавке определяется двумя факторами.

Во-первых, чистотой исходных материалов, поступивших в плавку.

Во-вторых, степенью извлечения Si и металлов-примесей в черновой кремний. Увеличение извлечения Si будет способствовать улучшению, увеличение извлечения примесей - ухудшению качества продукта. Первым фактором, определяющим качество чернового кремния, является чистота исходных материалов, в первую очередь кварцита. В соответствии с требованиями ГОСТа определены допустимые нормы примесей в зависимости от выплавляемой марки кремния.

Каналы загрязнения чернового кремния следующие - восстановление металлов-примесей из кварцита;

- восстановление примесей из зол восстановителей;

- восстановление примесей из угольных электродов;

- загрязнение железным инструментом при обслуживании электропечи: опиковка шихты, вскрытие леток при выпуске, болты, гайки, попадающие с шихтой и пр. По данным анализа работы электропечей кремния мощностью 5.5-6.55 МВт и 16.5 МВт металлы-примеси попадают с компонентами шихты в плавку в следующих количествах %:

Компонент шихты	Fe	A1	Ca
Кварцит	50-80	41-85	10-16
Каменный уголь	23-30	32-40	3-5
Древесный уголь	4-8	6-9	76-86
Электроды	10-16	6-8	1-2
Нефтяной кокс	3.5-6.5	0.9-1.4	1-1.4

В наименьшей степени влияние на качество чернового кремния не сказывает самый чистый компонент шихты - нефтяной кокс. Отсюда следует, что роль качества шихтовых материалов велика и проблема получения чистого кремния связана, прежде всего, с высоким качеством кварцита и восстановителей. По убыванию влияния на качество кремния компоненты шихты могут быть расположены в следующий ряд: кварцит - каменный уголь - древесный уголь -электроды - нефтяной кокс.

Вторым фактором, влияющим на качество кремния, является степень извлечения при выплавке металлов-примесей в товарную продукцию. Часть вредных примесей в летучей форме теряется с реакционными газами и шлаком, уменьшая переход в основной продукт и улучшая сортность кремния.

Извлечение металлов в кремний по данным заводов характеризуется следующим образом %:

кремний - 66.3-85.8

алюминий - 50-88.7

железо - 90-95

кальций - 36-85

титан - около 100.

Отмечаются потери при плавке с газами и пылью 11-50% алюминия, 15-64% кальция, мало улетает железа и практически сохраняется в кремнии титан.