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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Б. Щербакова

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: shch@hmti.ac.by
Белоруссия, Минск

П. С. Гринчук

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

Email: shch@hmti.ac.by
Белоруссия, Минск

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расчетное содержание соединений алюминия и железа (а), магния и кальция (б), серы и водорода (в), углерода и кремния (г) в продуктах реакции карботермического восстановления кремнезема в зависимости от температуры

Скачать (539KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние содержания воды (а), серы (б) на выход карбида кремния при температуре 2000°C

Скачать (194KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Расчетное содержание соединений алюминия и железа (а), магния (б), серы, хлора и натрия (в), кальция (г), углерода и кремния (д) в реакционной смеси, содержащей 7% NaCl, в зависимости от температуры

Скачать (692KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости содержания газообразных металлсодержащих веществ в равновесной смеси при температуре 1750°C от массовой доли хлорида натрия в реакционной смеси

Скачать (128KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Влияние содержания хлорида натрия на выход карбида кремния при температуре 2000°C

Скачать (120KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024