ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Данная разработка является результатом научно-исследовательской работы.

Высокоуглеродистые шунгиты Карелии - необычное сырье.

Шунгитовые породы - уникальные по составу, структуре и свойствам образования. Они представляют собой необычный по структуре природный композит - равномерное распределение высокодисперсных кристаллических силикатных частиц в аморфной углеродной матрице. Средний размер силикатных частиц около 1мкм. Средний состав пород месторождения - 30% углерода и 70% силикатов. Породы характеризуются высокой прочностью, плотностью, химстойкостью и электропроводностью. Они обладают рядом необычных физических, химических, физико-химических и технологических свойств.

Шунгитовый углерод обладает высокой активностью в окислительно-восстановительных реакциях. Вследствие исключительно развитого контакта между активным углеродом и силикатами, при нагреве шунгитовой породы активно протекают реакции восстановления кремнезема до металлического кремния и карбида кремния. Благодаря этому, шунгитовые породы являются эффективным сырьем в производстве литейного чугуна, ферросплавов, карбида кремния, в процессе удаления жидких шлаков из нагревательных колодцев и при выплавке элементарного фосфора. Основными потребителями шунгита являются металлургические заводы Тулы, Липецка, Челябинска.

Исследования показали, что благодаря структурным особенностям шунгитовые породы обеспечивают значительные кинетические преимущества восстановления кремния по сравнению с аналогичной (по содержанию углерода и кремнезема смесью кварцита и кокса (рис.1)

Удельное электросопротивление шунгитовых пород в 1,5-2 раза выше по сравнению с традиционно используемыми в промышленности шихтами. В частности, дифференциальным термическим анализом установлено начало реакции образования моноокиси кремния и карбида кремния в шунгитовой породе уже с температуры 1300 град С, в то время, как при нагреве аналогичных смесей кокса и кварцита подобный эффект наблюдается только при температуре 1500 град С.

Энергетическая выгодность применения шунгитов особенно выразительно проявляется в процессах получения карбида и нитрида кремния.

Принцип действия.

Давление на слой шихты составляло 22,6 кПа (0,226 кг/см2), что соответствовало его значению для мощных электрорудовосстановительных печей, размер кусков шихты достигал 3-5 мм. Были созданы следующие условия: скорость нагрева 10 град С /мин слой шихты диам.55 мм и высотой 50-55 мм.

Контактами являлись графитированные электроды, электросопротивление которых при нагреве определяли при холостом ходе. Электросопротивление слоя шихты измеряли с помощью моста сопротивления, температуру в трубчатой печи с электрообогревом - платинородий - платиновой термопарой.

Результаты экспериментов (рис.2) показали, что шихта, содержащая шунгитовые породы, до 1673 К имеет более высокое значение у.э.с.

Резкое снижение его в интервале температур 1723-1873 К объясняется развитием процесса восстановления кремнезема до промежуточного продукта - карбида кремния, обладающего большой электропроводностью по сравнению с непрореагировавшей до конца шихтой.

Для оценки свойств шунгитовых пород как комплексного металлургического шихтового сырья были проведены опытные плавки ряда марок ферросилиция и товарного силикомарганца в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях и показана возможность полной замены шихтовыми породами металлургического кокса и 80% кварцита при выплавке ферросилиция, а при выплавке силикомарганца - замена 45% кварцита и 22% кокса. При этом повышается производительность электропечей и снижается удельный расход электроэнергии.

Опытные и промышленные плавки литейного чугуна в доменных печах показали возможность замены шунгитом 10-15% металлургического кокса(7).Проведенные исследования подтверждают, что шунгитовые породы являются весьма перспективным комплексным углеродсодержащим окускованным сырьем, заменяющим одновременно дефицитный металлургический кокс и кварцит.