Термодинамическое моделирование влияния примесей и добавок NaCl НА химический состав продуктов синтеза карбида кремния методом ачесона

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

С помощью термодинамического моделирования изучено образование соединений, включающих примеси, характерные для сырья, используемого в процессе Ачесона. Показано, что на выход карбида кремния в процессе Ачесона существенное влияние оказывает содержание влаги и серы в коксе. Определена последовательность газификации элементов из реакционной смеси при нагревании. Показано, что хлорид натрия существенно влияет на состояние металлических примесей, способствуя газификации алюминия, магния и кальция. Оценена концентрация летучего хлорида кремния, образующегося в присутствии хлорида натрия.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. Б. Щербакова

Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси

Author for correspondence.
Email: shch@hmti.ac.by
Belarus, Минск

П. С. Гринчук

Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси

Email: shch@hmti.ac.by
Belarus, Минск

References

  1. Гаршин А.П. Новые конструкционные материалы на основе карбида кремния. М.: Юрайт, 2021. 182 с.
  2. Sevastyanov V.G., Ezhov Yu.S., Simonenko E.P., Kuznetsov N.T. Thermodynamic Analysis of the Production of Silicon Carbide via Silicon Dioxide and Carbon // Mater. Sci. Forum. Trans Tech. Publ. Ltd. 2004. V. 457. P. 59–62.
  3. Павелко Р.Г., Севастьянов В.Г., Ежов Ю.С., Кузнецов Н.Т. Термодинамическое обоснование и экспериментальное исследование транспорта карбида кремния при карботермическом восстановлении SiO2 // Неорган. материалы. 2007. Т. 43. № 7. С. 792–796.
  4. Полях О.А., Ноздрин И.В., Строкина И.В., Якушевич Н.Ф., Хорощенко А.А., Комрони М. Физико-химические основы карботермического восстановления оксида кремния в печи сопротивления // Металлургия: технологии, инновации, качество. Тр. XXIII Междунар. науч.-практ. Конф. / Под общ. ред. Юрьева А.Б. Новокузнецк: Сибирский государственный индустриальный университет, 2022. С. 180–186.
  5. Xia Z., Gao J., Zhang T., Wang K., Chen F., Xu G., Zhong Z., Su F. Thermodynamic Analysis of the Key Reactions in Synthesizing Inorganic Silicon Compounds or Products // Ind. Eng. Chem. Res. 2023. V. 62. № 33. P. 13213–13222. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.3c01802
  6. Lin Y.-J., Tsang C.P. The Effects of Starting Precursors on the Carbothermal Synthesis of SiC Powders // Ceram. Int. 2003. V. 29. № 1. P. 69–75. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(02)00091-3
  7. Gupta G.S., Raj P., Tiwari K. An Analysis of Heat Distribution in the Production of SiC Process // Procedia Manufacturing. 2019. V. 30. P. 64–70. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2019.02.010
  8. Gupta G.S., Raj P. Temperature Measurements in a Laboratory Scale Furnace for Manufacturing of Silicon Carbide Through Acheson Process // Measurement. 2020. V. 151. P. 107131. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.107131
  9. Raj P., Gupta G.S., Rudolph V. Silicon Carbide Formation by Carbothermal Reduction in the Acheson Process: A Hot Model Study // Thermochim. Acta. 2020. V. 687. P. 178577. https://doi.org/10.1016/j.tca.2020.178577
  10. Находнова А.В., Самойлов В.М., Фатеева М.А., Гончарова Н.Н. Применение рамановской спектроскопии для контроля температурных полей керна печи Ачесона // Спектроскопия комбинационного рассеяния света: 7-й Урало-Сибирский семинар. Екатеринбург: Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого, 2021. С. 118–120.
  11. Крашенникова Н.С., Фролова И.В. Использование кварцевого песка Туганского месторождения в технологии тарного стекла // Изв. Томского политехн. ун-та. 2004. Т. 307. № 4. С. 113–116.
  12. Feng D., Qin Z., Ren Q., Sun S., Xia Q., Ru H., Wang W., Ren S., Zhang C. Occurrence Forms of Major Impurity Elements in Silicon Carbide // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 1. P. 205-211. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.09.095
  13. Каменцев М.В. Искусственные абразивные материалы. М.: Машгиз, 1950. 176 с.
  14. Carbide, Nitride, and Boride Materials Synthesis and Processing / Ed. Weimer A.W. L., N. Y.: Chapman & Hall, 1997. 671 p.
  15. Matizamhuka W.R. Gas Transport Mechanisms and the Behaviour of Impurities in the Acheson Furnace for the Production of Silicon Carbide // Heliyon. 2019. V. 5. № 4. P. e01535. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01535
  16. Zhou L.Y., Telle R., Purifying Mechanism in the Acheson Process - a Thermodynamic Study // Mater. Sci. Forum. 2010. V. 645. P. 41–44. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.645-648.41
  17. Wang Z., Jiang M., Ning P., Xie G., Thermodynamic Modeling and Gaseous Pollution Prediction of the Yellow Phosphorus Production // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50. № 21. P. 12194–12202. https://doi.org/10.1021/ie200419a
  18. Zhang Y., Ji Y., Qian H. Progress in Thermodynamic Simulation and System Optimization of Pyrolysis and Gasification of Biomass // Green Chem. Eng. 2021. V. 2. № 3. P. 266–283. https://doi.org/10.1016/j.gce.2021.06.003
  19. Салина В.А., Жучков В.И., Сычев А.В. Термодинамическое моделирование карботермического процесса восстановления хрома из оксидной системы Cr2O3–FeO–CaO–SiO2–MgO–Al2O3 // Расплавы. 2020. № 6. С. 608–615. https://doi.org/10.31857/S0235010620060110
  20. Koukkari P., Pajarre R. A Gibbs Energy Minimization Method for Constrained and Partial Equilibria // Pure Appl. Chem. 2011. V. 83. № 6. P. 1243–1254. https://doi.org/10.1351/PAC-CON-10-09-36

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Calculated content of aluminium and iron (a), magnesium and calcium (b), sulfur and hydrogen (c), carbon and silicon (d) compounds in the reaction products of carbothermal reduction of silica as a function of temperature

Download (539KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Effect of water content (a), sulphur content (b) on silicon carbide yield at 2000°C

Download (194KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Calculated content of aluminium and iron compounds (a), magnesium (b), sulphur, chlorine and sodium (c), calcium (d), carbon and silicon (e) in the reaction mixture containing 7% NaCl as a function of temperature

Download (692KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences of the content of gaseous metal-containing substances in the equilibrium mixture at 1750°C on the mass fraction of sodium chloride in the reaction mixture

Download (128KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Effect of sodium chloride content on silicon carbide yield at 2000°C

Download (120KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences