Metode produksi ferrosilikon terutama didasarkan pada reaksi reduksi suhu tinggi. Proses utama adalah pengurangan silika (SiO₂) dan besi dalam tungku listrik menggunakan zat pereduksi karbon untuk menghasilkan paduan ferrosilicon.
1. Persiapan Bahan Baku
Silica (sio₂):
Persyaratan: Kandungan silika lebih besar dari atau sama dengan 97%, kandungan pengotor rendah (misalnya, Al₂o₃, CAO) untuk memastikan kemurnian silikon.
Pra-Perawatan: Menghancurkan ke 5-50 mm partikel untuk meningkatkan efisiensi reaksi.
Sumber besi:
Memo baja, pengarsipan besi, atau bijih besi (misalnya, magnetit) umumnya digunakan.
Peran besi: bertindak sebagai pembawa silikon, mengurangi suhu reaksi, dan membentuk paduan.
Agen pereduksi karbon:
Coke (lebih disukai): Kandungan karbon tetap tinggi (lebih besar dari atau sama dengan 80%), kadar abu rendah (kurang dari atau sama dengan 10%).
Lainnya: Arang, Coke Minyak (lebih mahal, untuk persyaratan khusus).
Bahan baku bantu:
memo baja (untuk mengatur permeabilitas udara kiln), kapur (fluks, untuk mengurangi viskositas terak).
2. Peralatan Utama - Tungku busur terendam (tungku busur listrik)
Jenis tungku:
Tungku busur terbuka atau tertutup di bawah fluks, dengan jenis tertutup menjadi tipe utama (ramah lingkungan dan dengan tingkat penggunaan energi termal yang tinggi).
Kapasitas: Biasanya 10-50 MW, kapasitas tungku besar hingga 100, 000 ton/tahun.
Elektroda:
Elektroda mandiri atau elektroda grafit dengan diameter 1,5 meter yang mentransmisikan energi listrik jauh ke dalam muatan tungku.
Desain kompor:
Lapisan bahan refraktori (misalnya bata karbon, bata magnesia) tahan terhadap suhu tinggi (1800-2000 derajat).
3. Proses produksi
(1) Dosis dan pemuatan
Campurkan silika, besi, kokas, dan bahan baku tambahan dalam rasio (misalnya silika: Coke≈3: 1).
Lapisan-demi-lapis pemuatan: Coke di bagian bawah, campuran silika dan sumber besi di bagian atas, untuk mempertahankan permeabilitas udara di tungku.
(2) Reaksi reduksi suhu tinggi
Suhu reaksi: 1600 ~ 2000 derajat, energinya dipasok oleh busur listrik dan pemanasan resistif.
Reaksi kimia utamaadalah:
Sio 2+2 c → si +2 co ↑ (reaksi dasar) feo+c → fe+co ↑ (reduksi sumber besi).
Reaksi yang merugikan: Sejumlah kecil perantara seperti sic dan fesi₂ terbentuk. Penting untuk mengontrol suhu tungku untuk mencegah karbonasi yang berlebihan.
(3) Peleburan dan delaminasi
Silikon dan besi yang dikurangi membentuk pencairan paduan (kepadatan sekitar 5,2 g/cm³), yang tenggelam ke bagian bawah tungku.
Terak (terutama terdiri dari float cao-sio₂-al₂o₃) ke atas dan dikeluarkan secara teratur.
(4) menuang dan casting
Ferrosilicon cair memasuki sendok melalui lubang outlet.
Ini dituangkan ke dalam ingot atau granulasi (pendinginan air digunakan untuk mendapatkan ferrosilicon granular).
(5) pemurnian (opsional)
Pembersihan oksigen/argon: Mengurangi kotoran seperti aluminium dan kalsium, menghasilkan ferrosilicon aluminium rendah (misalnya, nilai khusus untuk pengurangan logam magnesium).
Penambahan agen pembentuk slag: Pemisahan lebih lanjut dari kotoran.
4. Konsumsi Energi dan Persyaratan Daya
Konsumsi Listrik:
Untuk menghasilkan 1 ton Ferrosilicon, 8, 000-9, 000 kWh listrik diperlukan, yaitu 60-70% dari total biaya.
Sumber Energi: Sebagian besar dari mereka terletak di daerah dengan banyak tenaga hidroelektrik (misalnya, Yunnan, Cina, dan Norwegia).
Teknologi penghematan energi:
Limbah pemulihan panas (penggunaan gas buang untuk memanaskan bahan baku).
Tungku listrik tipe tertutup mengurangi kehilangan panas.
5. Langkah -langkah perlindungan lingkungan
Perawatan gas buang:
Tungku listrik tertutup mengumpulkan gas CO (yang dapat dibakar untuk menghasilkan listrik atau digunakan sebagai bahan baku kimia).
Filter tas menangkap debu (termasuk partikel SiO₂, yang digunakan dalam produksi bahan bangunan).
Pengolahan air limbah:
Air limbah air ferrosilikon granular perlu didaur ulang untuk mencegah polusi bubuk silikon.
Pembuangan limbah padat:
Terak dapat digunakan untuk konstruksi jalan atau sebagai aditif ke semen.
6. Proses Produksi Khusus
(1) Metode langsung (metode satu langkah)
Pengurangan simultan silika dan besi, cocok untuk varietas rendah dan menengah (misalnya FESI45).
Keuntungan: Proses sederhana, biaya rendah; Kerugian: Kontrol pengotor yang buruk.
(2) Metode tidak langsung (metode dua langkah)
Pertama, silikon industri (SI lebih besar dari atau sama dengan 98%) diproduksi, kemudian dicairkan dengan besi untuk menghasilkan ferrosilicon silaca tinggi (misalnya, FESI90).
Keuntungan: Kemurnian yang lebih tinggi; Kerugian: Peningkatan konsumsi energi.
7. Karakteristik Produksi Dunia
Cina:
Ini menyumbang lebih dari 60% dari kapasitas produksi dunia, terkonsentrasi di daerah pembangkit listrik tenaga air di barat laut (Ningxia, Mongolia Dalam) dan barat daya (Yunnan).
Dalam beberapa tahun terakhir, tungku kecil dan usang (<25,000 kVA) have been decommissioned due to the impact of the "dual carbon" policy.
Norwegia/Rusia:
Penggunaan energi bersih (tenaga air/nuklir) untuk menghasilkan ferrosilicon bernilai tambah tinggi (misalnya aluminium rendah FESI75).
8. Tantangan dan inovasi teknologi
Penggantian bahan baku: Upaya mengganti kokas dengan batubara biomassa untuk mengurangi emisi karbon.
Kontrol cerdas:
Optimalisasi bahan dan suhu oven menggunakan kecerdasan buatan untuk meningkatkan efisiensi energi (misalnya 5-10% pengurangan konsumsi energi).
Tes Metalurgi Hidrogen:
Studi tentang kemungkinan menggunakan hidrogen untuk penggantian sebagian agen pereduksi karbon untuk mencapai keramahan produksi lingkungan (masih pada tahap penelitian laboratorium).