Framleiðsla kísilmálms – Tæknin

eftir · janúar 17, 2019

Heimild: 

.

Tæknin

Verksmiðjan er hönnuð til að framleiða ≥ 98,5% hreinan kísilmálm úr innfluttum hráefnum, þ.e. kvarsíti og kolefnum; hvarfgjörnum kolum með lágu öskuinnihaldi, trjákurli, auk lítils magns af kalksteini.

Hráefnin verða flutt með skipum um Húsavíkurhöfn, en þaðan með sérstökum vögnum að hráefnageymslu á svæðinu um nýjan iðnaðarveg og göng sem liggja að iðnaðarsvæðinu. Með þessum hætti fara allir efnaflutningar framhjá þéttbýlinu á Húsavík.

Í 1. áfanga mun framleiðslan fara fram í tveimur ljósbogaofnum (e. submerged arc furnaces), sem hvor um sig notar 24 MW af raforku til ársframleiðslu á samtals um 32.000 tonnum af endanlegri vöru, þ.e. kísilmálmi. Framleiðslan notar forbökuð grafítiseruð rafskaut.

Auk raforku til framleiðslu á kísilmálmi þarf alls um 4 MW til að knýja hreinsivirkin frá ofnunum. Heildaraflþörf verksmiðjunnar er því um 52 MW í fyrsta áfanga. Með fyrirhugaðri stækkun, þ.e. viðbót tveggja ljósbogaofna af sömu stærð, eykst heildaraflþörf verksmiðjunnar í 104 MW.

Framleiðslan

Mynd 1: Ljósbogaofn (Mynd SMS Siemag).

Meginhluti kvarsítsins afoxast með hvarfgjörnum afoxunarkolum í SiC, sem virkar síðan sem afoxari fyrir þann hluta kvarsítsins sem á eftir að hvarfast undir rafskautunum.

Heildar efnahvörfum framleiðsluferlis kísilmálms má lýsa með eftirfarandi efnahvörfum:

SiO₂ + 2C = Si + 2{CO}

SiO₂ + 3C = SiC + 2{CO} (í botni ofnsins)

Þessi efnahvörf umbreyta um 66% kísils og 100% kolefnis í hleðslunni í kísilkarbíð (SiC). Lokahvarfið á sér stað fyrir ofan miðju ofnsins við hitastig hærra en 1.835°C. Ljósboginn milli rafskautaenda og miðjunnar viðheldur allt að 2.000°C hitastigi sem þarf til þess að lokaefnahvarf kísilkarbíða (SiC) og kísiloxíða (SiO2 og SiO) geti átt sér stað:

2SiO₂ + 3SiC = 4Si + {SiO} +3{CO}

SiO + SiC = 2Si + {CO}

Í þessum efnahvörfum umbreytist kísilinn í efnasamböndunum SiO2, SiO og SiC yfir í hreinan kísil sem safnast fyrir og er loks tappaður af ofninum sem kísilmálmur.

Heildar efnahvarfið er aldrei fullkomið, en kísilframleiðsla getur náð allt að 95% afrakstri með góðri stýringu ferla. Rétt skölun og uppsetning ofna, auka- og hliðarbúnaður og hæft starfsfólk í framleiðslustýringu skiptir miklu máli fyrir nýtingu verksmiðjunnar.

Ferlar við framleiðslu kísilmálms eru sýndir á mynd 2.

Mynd 2: Einfölduð skýringarmynd af framleiðslu kísilmálms

Ljósbogaofninn skiptist í tvo hluta, efri hluta ofan reykhettu (e. smoke hood) og neðri hluta þar sem hin eiginlegu efnahvörf eiga sér stað og framleiðsla kísilmálmsins fer fram.

Forbökuð rafskaut eru í efri hluta ofnsins og ganga í gegnum reykhettuna niður í neðri hluta ofnsins, þar sem efnahvörfin eiga sér stað. Afgasi er safnað innan reykhettunnar og leitt að hreinsivirki með pokasíum. Þaðan er hiti einnig leiddur út úr ofnhúsinu.

Bráðnum kísilmálmi er með reglubundnum hætti tappað af ofnunum í deiglur og færður í steypuskála þar sem hann er hreinsaður frekar og steyptur í hleifa. Að lokinni kælingu eru hleifarnir formalaðir og geymdir tímabundið innan ofnhússins. Varan er síðan færð til mölunar. Að lokinni mölun er varan flokkuð, pökkuð og færð yfir í vörugeymslu áður en hún er flutt til skips.

Í framleiðsluferlinu verður líka til kísiloxíðduft (MicroSilica) sem er síðan skilið frá útblæstri í pokasíum í hreinsivirkinu. Við framleiðsluna myndast afar lítið af föstum úrgangi þar sem megnið af hráefnunum umbreytist í kísilmálm; lítill hluti verður að gjalli. Allur útblástur frá ofninum og frá deiglunni (hreinsiferlinu, e. refining process) er meðhöndlaður.

Tags:

Fleira áhugavert: