DK155589B - Anvendelse af et siliciumdioxid- og carbonholdigt produkt som udgangsmateriale til brug ved fremstilling af siliciumcarbid - Google Patents

Description

DK 155589B

i

Opfindelsen angår en anvendelse af et siliciumdioxid- og carbonholdigt produkt som udgangsmateriale til fremstilling af siliciumcarbid. Det er klart, at udgangsstoffet derved på den ene side er kvartssand eller kvartsmel. I det 5 følgende vil af terminologiske grunde altid betegnelsen kvartssand blive anvendt. Intervallet for partikelstørrelsesfordelingen af det anvendte kvartssand skal være så snævert som muligt, skønt man kan arbejde med forskellige partikelstørrelsesintervaller. Siliciumcarbid består af sili-10 cium og carbon og har den kemiske formel SiC. Det er meget modstandsdygtigt mod de fleste kemiske påvirkninger og har ved siden af borcarbid og diamanter den største hårdhed. Siliciumcarbid forarbejdes i slibemiddelindustrien til slibepulvere og slibepastaer, slibeskiver og lignende. Slibe-15 midler af siliciumcarbid lader sig på samme måde anvende til hårde stoffer, såsom sinterhårdmetaller og stålstøbegods, samt til smidige materialer, såsom aluminium, messing og kobber. Men også gummi, læder og træ kan bearbejdes. På grund af den udmærkede varmeledriirigsevne og den kemiske mod-20 standsdygtighed ved høje temperaturer er siliciumcarbid et velegnet materiale til fremstilling af ildfaste foringer til industriovne, der skal opfylde særlige krav, såsom hurtig bortføring af reaktionsvarme, god varmetilførsel udefra, eventuelt forbundet med stor slidstyrke og modstandsdygtig-25 hed mod korrosion. Zinkindustrien anvender f.eks. digler af siliciumcarbid og også opmurede kondensationsorganer til forarbejdning af malmen. På grund af den gode elektriske ledningsevne og bestandighed mod oxygen ved højere temperaturer fremstiller man ud fra siliciumcarbid og velegnede bindemidler varmeelementer til elektriske modstandsovne, 30 der skal kunne tolerere en vedvarende temperaturbelastning på indtil 1 500 °C. Også infrarødvarmeovne kan man udstyre med sådanne elementer. Til spændingsbegrænsning i stærk- og svagstrømsteknikken fremstiller man af siliciumcarbid bygningselementer, der udviser en spændingsafhængig elektrisk

DK 155589B

2 modstand. Til dette formål og til højtemperaturtransistorer og højtemperaturdioder anvender man et særligt fremstillet, særligt rent og specielt siliciumcarbid. Ved siden af den anvendelse, hvor egenskaberne af det krystallinske silicium-5 carbid udnyttes, kan man også have siliciumcarbid i fiber- form eller som skum. Fibrene videreforarbejdes i kombination med andre materialer til ildfaste, vævede materialer, og skummet videreforarbejdes til korrosionsfaste og temperatur-bestandige isoleringsstoffer. løvrigt kan man på basis af 10 siliciumcarbid og via siliciumcarbid fremstille meget rent silicium. Også dette anvendes til de mest forskellige formå^ f.eks. til fremstillinq af ferrosilicium oq calciumsi-licid samt til halvlederindustrien. På trods af denne betydelige tekniske betydning af siliciumcarbid har teknologien 15 hvad angår fremstillingen i de sidste decennier ikke kunnet fremvise nogen teknisk betydelige fremskridt.

Fremstillingen af siliciumcarbid gennemføres i henhold til Acheson (1891) ved opvarmning af hovedsageligt siliciumdi-oxid i form af kvartssand og kokspulver. Fremstillingen er 20 omstændelig og gør siliciumcarbid samt produkter af sili ciumcarbid dyre.

Til den tekniske proces ved fremstillingen af siliciumcarbid anvender man følgende råstoffer: siliciumdioxid i form af kvartssand ellér fint sønderbrudt 25 kvarts med en renhed, der er så stor som mulig, carbon i form af smeltehytte-, beg- eller jordoliekoks eller anthracit., natriumchlorid, savsmuld.

30 Kvarts og carbon anvendes i tilnærmelsesvis støkiometriske

DK 155589 B

3 forhold, hvorved et ringe overskud af carbon er ønskeligt.

Der tilsættes savsmuld for at oplukke reaktionsblandingen. Natriumchloridet har den opgave som chlorider ved fordampning at fjerne de i råstofferne fortrinsvis forekommende 5 aluminium- og jernoxygenforbindelser, der forhindrer dannel sen af krystaller, og som også gøres ansvarlige for en katalytisk dekomposition af det dannede siliciumcarbid. Den tekniske fremstilling af siliciumcarbidet foregår på grund af den høje reaktionstemperatur (2 000 °C) i almindelighed 10 i elektriske modstandsovne. Reaktionsforløb og udbytte af hænger i det væsentlige af den homogene gennemblanding af råstofferne, ved nøjagtig indstilling af pprtikelstørrelsen af kvartssandspartiklerne på den ene side og af kokspulveret på den anden side.

15 Det er principielt kendt (DE-AS 10 72 587), at man ved hjælp af vanddamp og gasser kan frembringe en fluidiseret masse af kvartssandskorn, hvis temperatur ligger i området mellem 500 og 700 °C. I den fluidiserede masse indfører man med en temperatur af over 250 °C flydende carbonhydrider, f.eks.

20 tunge jordoliefraktioner og stenkultjærer eller stenkulbeg samt med en temperatur af 600 til 800 °C friske eller i kredsløb førte og derved allerede med et oliekokslag forsynede kvartskorn. Carbonhydriderne krakker på disse. Fra hovedet afledes gasformige og kondenserbare carbonhydrider, 25 og nedefra udtrækkes gennem oliekokslaget kvartssandkorn, der er blevet tungere. Denne fremgangsmåde tjener til for-koksning af jordolieremanenser. Man arbejder på lignende måde ved konverteringen af tunge carbonhydrider til benzin (US-PS 23 78 531) eller i forbindelse med dannelsen af brænd-30 gas eller drivgas af koks (DE-0S 22 02 394). Alle disse kendte forholdsregler har ikke udgjort noget bidrag til løsning af de i mange år uløste problemer ved fremstillingen af siliciumcarbid.

I forhold dertil er det opfindelsens formål at tilvejebringe 4

DK 155589 B

et forprodukt, på basis af hvilket man kan fremstille sili-ciumcarbid, uden at det er nødvendigt at blande kvartssand og kokspulver. Fremstillingen af siliciumcarbidet skal i denne forbindelse foretages som hidtil, f.eks. i en elek-5 trisk modstandsovn.

Anvendelsen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne. Herved opfyldes opfindelsens formål.

Den tekniske lære, der kan uddrages af opfindelsen, er med 10 andre ord en anvisning på, at man i en fluidiseret masse af kvartssand med velegnet temperatur og carbon på kvartssandskornene i form af en omhylling kan frembringe en krakning deraf. Hvis man arbejder i henhold til fremgangsmåde til fremstilling af udgangsmaterialet ifølge opfindelsen, af-15 hænger den mængde oliekoks, der aflejrer sig på de enkelte kvartssandkorn, på den ene side af de termodynamiske betingelser og desuden af den statistiske opholdstid af kvarts-sandkornene i den fluidiserede masse. En foretrukken udførelsesform for opfindelsen er ejendommelig ved, at 20 carbonmængden i oliekokslagene i det mindste svarer til den carbonmængde, der i støkiometrisk henseende er nødvendig for omsætningen af kvartssandkornene til silici-umcarbid. Det overvejende energibehov til krakningsprocessen kan tilføres med den frie varme fra kvartssandkornene 25 og fra de allerede med carbon overtrukne kvartssandkorn, der er opvarmet til den nødvendige temperatur ved den partielle afbrænding af carbonet i en separat forvarmer eller ved varmeafgivelse af varme spildgasser. Men man kan også eller desuden opretholde temperaturen af den 30 fluidiserede masse ved partiel forbrænding af carbonhy- driderne.

Fremgangsmåden, som anvendes ifølge opfindelsen, gennemføres i almindelighed kontinuerligt, og tillige på en sådan 5

DK 155589B

måde, at det allerede carbonovertrukne produkt, der efter opnåelse af den termiske ligevægt foreligger i overskud, aftrækkes efter udslusningen af den fluidi-serede masse før det når forvarmeren. Hensigtsmæssigt 5 indfører man friske kvartssandkorn i forvarmeren, og der blandes de med det varme materiale og opvarmes sammen med dette til maximalt 800 °C. Det ligger indenfor opfindelsens rammer, at man kan føre kvartssand, der allerede er forsynet med oliekoks, i kredsløb, for 10 derved at påvirke mængden af oliekoksaflejringen på de enkelte kvartsandkorn.

Indenfor opfindelsens rammer kan man anvende de mest forskellige carbonhydrider til dannelse af oliekoks på kvartssandkornene.

15 De opnåede fordele skal ses i, at man ifølge opfindelsen ved anvendelse af fremgangsmåden kan udvinde et for-produkt, der uden videre kan anvendes til fremstilling af siliciumcarbid, og tillige i de tilfælde, hvor man hidtil har måttet gøre brug af en besværlig og omhyg-20 gelig blanding af kvartssand på den ene side og koks- pulver på den anden side. Som resultat kan fremstillingen af siliciumcarbid forenkles ved anvendelse af forproduktet ifølge opfindelsen.

I det følgende skal fremgangsmåden, som anvendes i-25 følge opfindelsen til fremstilling af et udgangsma teriale, illustreres yderligere under henvisning til en tegning, der viser et anlæg til udførelse af fremgangsmåden .

Den eneste figur viser en reaktor med forvarmer, hvori an-30 vendeisen ifølge opfindelsen kan udøves. I reaktoren 1 ind blæser man først kvartssandkorn 2 med en temperatur på 600 til 800 °C. Ued hjælp af vanddamp 3 og gasser 4 opretholder man på basis af disse en fluidiseret masse 5, hvis tempera

DK 155589 B

6 tur ligger i området mellem 500 og 700 °C. I denne fluidi-serede masse 5 indfører man flydende carbonhydrider, hvis temperatur er over 250 °C. Carbonhydriderne krakker derved på kvartssandkornene og danner et oliekokslag. De partikler, 5 der derved er blevet tungere, synker i nedadgående retning og trækkes ved den nedre ende 7 af reaktoren ud af denne.

Det overvejende energibehov til krakningsprocessen fremkommer derved på basis af den frie varme af kvartssandkornene 2. Før indføringen i reaktoren bliver disse ført over en 10 forvarmer 8. Hertil føres en del af de fra reaktoren 1 ud trukne produkter til forvarmeren, og i denne foregår der en partiel brænding af kulstoffet på kvartssandkornene 2. Opvarmningen af kvartssandkornene kan også frembringes ved hjælp af varme spildgasser. Over forvarmeren 8 indføres der 15 desuden friske kvartssandkorn 2. De med carbon overtrukne produkter bliver efter udslusningen fra den fluidiserede masse 5 og før de når forvarmeren 8 i det mindste' delvist trukket ud. Via ledningen 9 udtrækker man gasformige og kon-denserbare carbonhydrider over den fluidiserede masse 5. Som 20 carbonhydrider 6 kan man anvende tunge jordoliefraktioner og stenkultjære eller stenkultjærebeg, og som gasser til den fluidiserede masse kan man ved siden af hydrogen anvende nitrogen samt hvad angår reaktionen neutrale og/eller udreagerede gasser.

Claims (4)

1. Anvendelse af et siliciumdioxid- og carbonholdigt produkt som udgangsmateriale ved fremstillingen af silicium-carbid, kendetegnet ved, at det er fremstillet ved, a) at man på basis af små kvartssandkorn ved hjælp af vanddamp og gas frembringer og vedligeholder en fluidiseret masse, hvis temperatur ligger mellem 500 og 700 °C, 10 b) at man indfører over 250 °C varme, flydende carbonhydri- der, herunder tunge jordoliefraktioner og stenkultjære eller stenkulbeg, i den fluidiserede masse, og c) at man i den fluidiserede masse indfører friske eller i kredsløb førte og derved med et oliekokslag belagte 15 kvartssandkorn med en temperatur mellem 600 og 800 °C, på hvilke carbonhydriderne krakker, d) mens man foroven fra den fluidiserede masse udtrækker gasformede og kondenserbare carbonhydrider, og man forneden udtrækker kvartssandkorn, der er blevet tungere 20 på grund af oliekokslaget.

2. Anvendelse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kulstofmængden i oliekokslagene indstilles sådan, at den i det mindste svarer til den carbonmængde, der er støkiometrisk nødvendig til omsætningen af kvartssandkornene til silicium- 25 carbid.

3. Anvendelse ifølge krav 1 eliér 2, kendetegnet ved, at det overvejende energibehov til krakningsprocessen frembringes ved den frie varme af kvartssandkornene og de allerede med carbon overtrukne kvartssandkorn, som opvarmes 30 til den nødvendige temperatur ved den partielle afbrænding af carbonet i en separat forvarmer celler ved varmeafgivelse fra varm spildgas. DK 155589 B

4. Anvendelse ifølge krav 1 til 3, kendetegnet ved, at man indfører friske kvartssandkorn i forvarmeren, og at disse i denne blandes med det varme materiale og sammen med dette opvarmes til maximalt 800 °C.