دانلود تحقیق فروسیلیسیم

فروسیلیسیم یکی از آمیژان های مورد مصرف در صنایع مختلف بخصوص صنایع متالورژی ست و از این نظر اهمیت نسبتاً بالایی یافته است .چگونگی کاربرد این ماده در صنعت تا حدود زیادی به نسبت آهن و سیلیسیم موجود در آن و همچنین ناخالصیهای متعارف بستگی دارد .فروسیلیسیم در صنایع متالورژی به عنوان عنصر آلیاژی ، جوانه زا و اکسیژن زدا و سیلیسیم تقریباً خالص در صنایع الکترونیکی به عنوان نیمه هادی و یکسو کننده به کار می رود .

علاوه بر آن مشتقات ترکیبی آن رد ساخت رزین های سیلیسیمی ، لعاب ها ، لاستیک و..

مصرف می شود .

دستیابی به تکنولوژی تولید فروسیلیسیم بدون شناسائی خواص هریک از عناصر آهن و یا سیلیسیم و یا محصول ترکیبی آن ها میسر نخواهد بود و از این نظر در این فصل مسائل عمده کاربر فروسیلیسیم با توجه به خواص وویژگی های آن مورد بحث قرار می گیرد .

2-1- خواص فیزیکی و شیمیایی سیلیسیم :
سیلیسیم عنصری است در تناوب چهارم جدول عناصر شیمیایی که در مدار آخر خود 4 الکترون دارد و به همین دلیل و بر خلاف کربن در تمام ترکیبات شیمیایی با ظرفیت 4 ظاهر می شود مانند : ، حضور سیلیسیم در ترکیبات با ظرفیت 2 نیز ثابت شده است ، ولی این ترکیبات ناپایدار بوده و به سرعت به ترکیبات با ظرفیت 4 تبدیل می شوند و فقط بر حسب شرایط ترکیبی نقش واسطه را دارند.

گرمای تشکیل یک مول سیلیس «Sio2» بر حسب شرایط تشکیل کوارتز یا کربوسیتوبالیت ( ) متفاوت و به صورت زیر است :

در حالی که گرمای تشکیل منواکسید سیلیسیم وسیلیس به صورت زیر گزارش شده است :

گاز Sio در کمتر از C º1500 تجزیه شده و به سیلیسیم و سیلیس تبدیل می شود .

نقطه ذوب سیلیسیم درجه سانتیگراد است که با توجه به میل ترکیبی شدید آن با اکسیژن و سایر مواد اکسید کننده ، در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی شود .

ترکیب عمده آن ، شکل های مختلف سیلیس است که به صورت تقریباً‌خالص وبا درجه خلوط بیش از 98 درصد و همچنین به صورت اسپینل ( اکسید مضاعف با آلومینیوم ) یا سیلیکات ها به نسبت های مختلف در طبیعیت وجود دارد سیلیسیم بعد از اکسیژن مهمترین ماده تشکیل دهنده پوسته زمین بوده و مقدار آن 28 درصد برآورد شده است ، درحالی که مقدار اکسیژن در پوسته زمین برابر 49 درصد ، آلومینیوم 2/7 درصد و آهن 6/5 درصد تخمین زده شده است .

سیلیسیم در سه شکل( پلی مرفی ) وجود دارد که عبارتند از :
الف – سیلیسیم بی شکل ، به صورت گرد قهوه ای رنگ با چگالی است این ماده به سرعت اکسید شده ودر مجاورت هوا به سیلیس تبدیل می شود احیاء پودر سیلیس توسط پودر منیزیم در دمای حدود Cº 100 تا 1200 عموماً منجر به تشکیل سیلیسیم بی شکل یا سیلیسیم قهوه ای می گردد .

ب- سیلیسیم گرافیتی (‌متورق )‌، سیلیسیمی است که از احیاء سیلیس توسط کربن در دمای بالاتر از 1400 درجه سانتیگراد تشکیل می شود علاوه بر آن از حرارت دادن سیلیسیم قهوه ای در محیط بسته عاری از اکسیژن ) نیز این ماده تولید می شود عموماً به صورت لایه ای و پولک سیاه و براق است و مقاومت بیشتری در مقابل هوا و محلول های اسیدی نشان می دهد چگالی آن حدود است و در اکثر مواردی که اضافه کردن سیلیسیم خالص به مذاب ضرورت می یابد از این نوع سیلیسیم استفاده نمی شود .

پ- سیلیسیم «‌متبلور » یا سیلیسیم تکه ای ، که عنوان سیلیسیم فلزی نیز شناخته شده است ، عموماً از افزایش دما در کوره احیاء سیلیس و یا حرارت دادن سیلیسیم گرافیتی در محیط بسته ، تولید می شود در اکثر موارد و در کاربردهای سیلیسیم خالص در صنایع الکترونیکی ، این نوع سیلیسیم مورد استفادهق رار می گیرد و چگالی آ» گزارش شده است .

سیلیسیم تکه ای و سیلیسیم گرافیتی به دلایل تشابه در چگونگی تولید در اغلب موارددر کنار هم وجود دارند که نوع گرافیتی آن به دلیل قابلیت انحلال بهتر در مواد مذاب ، در صنایع متالورژیکی کاربرد بیشتری دارد ، ولی از نوع سیلیسیم تکه ای نیز می توان در مقاصد متالورژیکی استفاده نمود و اختلاف عمده ، کندتر بودن سرعت واکنش آن ، نسبت به نوع قبلی است سیلیسم متبلور در ساختار مکعبی الماس و با ثابت شبکه گزارش شده است .

3-1- سیلیسیم و صنعت سیلیسیم به طور خالص و یا به صورت ترکیبی در صنعت کاربردهای مختلفی یافته است که اهم آ» به شرح زیر طبقه بندی یم شود : 1-3-1- صنایع متالورژی الف – اکسیژن زدا :سیلیسیم نسبت به بسیاری از فلزات اصلی در صنایع ، متالورژی (آهن ،‌مس ، نیکل ، کرم و ...) قابلیت اکسایش بیشتری دارد (شکل 1-1- جدول ریچاردسون ) و از این رو برای بسیاری از آلیاژهای صنعتی به عنوان اکسیژن زدا به کار می رود که از آن جمله می توان به کاربر این عنصر در صنایع فولاد سازی و ریخته گری فولاد اشاره نمود .

سیلیسیم به عنوان اکسیژن زدا ، در فولادها ، عموماً به صورت خالص به کار نمی رود و اغلب ترکیبات آمیژانی ف روسیلیسیم ، فروسیلیکو منگنز ، فروسیلیکو آلومینیوم و یا سیلیکو کلسیم مورد استفاده قرار می گیرد .

مهمترین عامل در انتخاب سیلیسیم (‌همراه و یا بدون آلومینیوم ) به عنوان اکسیژن زدا در فولادها آن است که : چگالی سیلیس ، حدود 2 تا 4/2 بوده و از این رو با توجه به رابطه استوک به سرعت در سطح مذاب جمع می شود که در آن : V: سرعت شناوری :r اندازه ذره یا سیلیس تشکیل شده : چگالی مذاب : چگالی سیلیس : ویسکوزیته مذاب است .

پسماند سیلیسیم در مقادیر کمتر از 1/0 درصد در فولاد و چدن اثرات مضر بحرانی ندارد ، در حالی که مقدار آلومینیوم در فولادها باید در حدود 01/0 درصد کنترل شود سیلیسیم حاصل در دمای ذوب فولاد ، می تواند با جذب اکسیدهای دیگر نظیر آهن ، کلسیم و...

ترکیبات سیلیکاته تشکیل داده و حالت شلاکه ای آن ، باعث حذف بهرت آن اکسیدها شود .

شکل1-1 دیاگرام ریچارد سیون در مورد تأثیر اکسیژن زدایی سیلیسیم در فولاد و مقایسه آن با سایر مواد اکسیژن زدا می توان نکات زیر را مورد توجه قرار داد .

حد اکسیژن زدایی سیلیسیم بسیار کمتر از آلومینیوم و چندین برابر منگنز است ، در این مورد ازمایش Brinel برای تعیین درجه اکسیژن زدایی بر اساس پسماند عناصر به کار می رود .

در همین حال بر اساس آزمایشات Swidem؛ تأثیر پسماند سیلیسیم در اکسیژن زدایی فولاد و حذف تخلخل های ناشی از گاز Co به صورت زیر گزارش شده است .

در این آزمایش میزان کربن 55/0 و مقدار منگنز 7/0 درصد بوده است با توجه به توضیحات فوق مشخص می گردد که کاربرد سیلیسیم به صورت ترکیبات فروسیلیسیم و فروسیلیکو آلومینیوم و مشابه آن ها یکی از مهمترین موارد استفاده در صنعت متالورژی محسوب می شود مقدار سیلیسیم مصرفی برای این مقصود معمولاً بیش از 3/0 درصد بوده و چنانچه با توجه به فروسیلیسیم 75 درصد محاسبه شود (‌حدود متوسط 4/0 درصد فروسیلیسیم ) به ازاء‌هر تن فولاد تهیه شده مقدار فروسیلیسیم مصرفی حدود 4 تا5 کیلوگرم است.

علاوه بر آن سیلیسیم به عنوان اکسیژن زدا در ریخته گری فولاد در مقادیر بیشتری مصرف می شود (‌حد بحرانی حضور سیلیسیم در فولاد ریختگی بالاتر است و علاوه بر آن هیچ گونه مک و حفره گازی نباید وجود داشته باشد ) در این حالت میزان مصرف سیلیسیم بین 3/0 تا 6/0 درصد گزارش شده است.

ب – جوانه زا :سیلیسیم عنصری است به شدت گرافیت زا ، به طوری که تشکیل گرافیت ها در انواع چدن ها به حضور سیلیسیم به عنوان عنصر آلیاژی و گرافیت های ظرفیت ، به تلقیح سیلیسیم (‌به صورت فروسیلیسیم در مراحل انتهایی ذوب و قبل از بار ریزی بستگی دارد .

قابلیت جوانه زایی سیلیسیم به مقدار سیلیسیم موجود در ترکیب و یا آمیژان بستگی دارد .

از طرف دیگر چنانچه از سیلیسیم خالص به این منظور استفاده شود امکان عدم انحلال کامل آن وجود دارد و به همین منظور د راکثر موارد از آمیژان های آهن و سیلیسیم با نسبت های ترکیبی 70 تا 90 درصد سیلیسیم استفاده به عمل می آید .

میزان مصرف سیلیسیم به عنوان عنصر جوانه زا در تمام چدن های گرافیتی در حدود 6/0تا 1درصد گزارش شده است که اگر این نسبت با فروسیلیسیم 75 درصد سنجیده شود حدود 1 تا 5/1درصد و به عبارت دیگر مقدار مواد جوانه زاحدود 10 تا 15 کیلوگرم فروسیلیسیم برای تولید هر تن چدن گرافیتی است علاوه بر آن سیلیسیم به عنوان جوانه زا به صورت سیلیسیم – کلسید نیز به کار می رود که حضور کلسیم در آن عمالی برای برای گوگرد زدایی و تشدید اکسیژن زدای نیز محسوب می شود .

تلقیح منیزیم برای کروی کردن گرافیت نیز در اغلب موارد توسط آمیژان هایی از آهن – سیلیسیم – منیزیم انجام میگیرد تا عملیات جوانه زایی و اصلاح گرافیت همزمان انجام گیرد عنصر آلیاژی : سیلیسیم یکی از عناصر آلیاژی در خانواده آلیاژهای آهنی و غیر آهنی است مهمترین آلیاژهای صنعتی حاوی سیلیسیم عبارتند از : چدن ها ، سیلیسیم یکی از عناصر اصلی و در حقیقت دومین عنصر آلیاژی تمام چدن های معمولی است میزان سیلیسیم در این چدن ها معمولاً1 تا 7/2 درصد است چدن خام به دلیل واکنش های احیایی توسط کربن ، حاوی مقادیر لازم از سیلیسیم است ولی اکسایش سیلیسیم در عملیات ذوب این شمش ها ، افزایش مقادیر 1 تا 5/1 درصد سیلیسیم را به صورت های آمیژان فروسیلیسیم ایجاب می کند .

از طرف دیگر با توجه به تولید چدن از طریق قراضه آهن در کوره های القایی و یا استفاده از درصدی از قراضه در سایر روش ها ، تأمین کمبود سیلیسیم لازم معمولاً به میزان 5/2 تا 5/3 درصد انجام می گیرد .

افزایش این سیلیسیم معمولاً‌به صورت فروسیلیسیم با نسبت های ترکیبی مختلف صورت می پذیرد چدن های نقره ای محتوی بی شاز 10 تا 22 درصد سیلیسیم که عموماً ضد اسید هستند ، از طریق ذوب در کوره بلند ویا ذوب در کوره های الکتریکی با افزودن سیلیسیم متبلور تولید می شوند .

فولادها ، معمولاً حاوی کمتر از 3/0 درصد سیلیسیم هستند که از پسماند عملیات اکسیژن زدایی حاصل می شوند ولی فولادهای سیلیسیم دار محتوی 3 تا 5 درصد سیلیسیم نیز وجوددارند و عموماً تحت عنوان فولادهای ترانسفورماتور به کار می روند افزایش سیلیسیم در این فولادها نیز از طریق تلقیح آمیژان های فرو سیلیسیم انجام می گیرد .

برنزها و برنج ها ؛ آلیاژهای مس – قلع و مس – روی با افزایش سیلیسیم در مقادیر 2/0تا حداکثر 3 درصد در شرایط ویژه کاربردی نظیر استحکام بالا ، مقاومت به خوردگی ، مقاومت در برابر اسید در یاتاقان ها و....

به کار می روند سیلیسیم در اکثر آلیاژهای مس ، به عنوان عنصر مضر شناخته می شود ولی در برنج ها و برنزهای مخصوص به صورت سیلیسیم متبلور به مذاب افزوده می شود .

آمیژان های مس – سیلیسیم به دلیل کمبود مصرف هنوز تولید نشده است و از ترکیبات آهن – سیلیسیم نیز ، جزء در مواردی که آهن یکی از عناصر آلیاژی محسوب شود نمی توان استفاده کرد کلیسیم سیلیسید نیز در آلیاژهای مس ، با توجه به قابلیت اکسیژن زدایی کلیسمی ، می تواند به کر رود ولی این امر در مواردی امکان پذیر است که مقدار سیلیسیم مورد نیاز کمتر از 5/0 درصد باشد .

آلومینیوم ها ، اکثر آلیاژهای آلومینیوم حاوی مقادیر 1/0 تا 5/0 درصد سیلیسیم به عنوان ناخالصی هستند که تحت شرایط تولید و از طریق مواد اولیه به مذاب وارد می شود .

ولی سیلیسیم به عنوان عنصر آلیاژی در آلیاژهای ریختگی ونوردی 6000.4000.400.300 به عنوان عنصر دوم و در سایر خانواده های آلیاژی به عنوان عناصر سوم وچهارم به کار می رود مقدار سیلیسیم در آلیاژهای مختلف آلومینیوم از 1 تا بیش از 13 ردصد است و علاوه بر آلیاژهای جدیدی با حدود 16 تا 20 درصد سیلیسیم نیز در ساخت پیستون ها به کار می رود .

افزودن سیلیسیم به آلیاژها یا آلومینیوم از طریق استفاده از سیلیسیم متبلور و همچنین انواع آمیژان ها نظیر آلیاژهای آلومینیوم – سیلیسیم ، انجام می گیرد به طور کلی میانگین مصرف سیلیسیم در آلیاژهای ریختگی آلومینیوم را بر حسب میزان مصرف ، می توان تا 10 درصد پیش بینی کرد .

در حالی که برای آلیاژهای نوردی این مقدار به کمتر از 4 درصد کاهش می یابد سیلیسیم در این آلیاژها ، موجب افزایش استحکام و بهبود شرایط ریختگی می شود علاوه بر موارد فوق سیلیسیم در آلیاژهای منیزیم و ...

نیز کاربرد دارد که به عنوان مصرف سیلیسیم و ترکیبات آن نمی توانند مورد توجه قرار گیرد .

ت- سایر مصارف متالوژیکی ، سیلیس ، به صورت ماسه و آجر نسوز یکی از مهمترین مواد اولیه صنایع متالورژی است که عملاً‌ماده اولیه آن به صورت طبیعی یافت می شود.

کاربید سیلیسیم ماده است که با عملیات تخلیص در ساخت الکترودهای نسوز و بوته ها وهمچنین به عنوان سنگ سایا در صنایع متالوژیکی کاربرد دارد .

2-3-1- صنایع الکترونیکی به آن گونه که قبلاً‌توضیح داده شد سیلیسیم یک نیمه هادی و یکسو کننده قوی است مقاومت الکتریکی آنبه اهم سانتی متر می رسد سیلیسیمی که در صنایع الکترونیکی به کار می رود عموماً‌با درجه خلوص بیش از 9/99 درصد بوده و به صورت تکه ای ،‌نوار و...

تولید می شود علاوه بر آن از کار بید سیلیسیم متبلور نیز در ساخت نیمه هادیها در درجه حرارت های بیش از Cº350 استفاده بهعمل آید 3-3-1- سایر صنایع رزین های سیلیسیمی ، موادی غیر آلی هستند که با آرایش مولکولی پلاستیکی با هیدروژن ساخته می شوند و به عنوان پلاستیک های غیر آلی نیز شناخته می شوند و.

سیلان فرمول مشابه به مان () به صورت گاز است.

فرمول عمومی رزین های کلریدی را می توان به صورت نشان داده و از نظر شرایط تولید بر اساس واکنش های شیمیایی در مقیاس صنعتی تولید می شوند .

سیمان سیلیسی لعاب های سیلیسی ، انواع پلیمرهای سیلیسیمی و لاستیک و...

مشتقات دیگر ترکیبات سیلیسیم هستند که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند .

فصل دوم: مواد اولیه 1-2- مقدمه تولید فروسیلیسیم به روش های گوناگونی انجام می پذیرد که در هر فرآیند مواد اولیه متفاوتی کاربرد خواهندداشت متداو لترین روشی که در جهان امورد استفاده قرار گرفته است ، تهیه فروسیلیسیم در کوره های قوس الکتریکی است که بر مبنای واکنش های احیایی مواد حاصل سیلیسیم و آهن ؛ توسط مواد حاصل کربن در دمای مناسب و با افزودن انرژی الکتریکی صورت می پذیرد بدیهی است هریک از مواد اصلی فوق در طبیعیت به صورت های مختلفی یافت می شوند .

که بر حسب وفور ترکیب شیمیایی ، عملیات آماده سازی و ...

شرایط و ویژگی های کاربدری متفاوتی دارند .

یکی از مهمترین نکاتی که در فرآیند تولید فروسیلیسیم باید مورد توجه قرار گیرد عدم تشکیل سرباره و مواد اکسیدی و مختلفی است که از پسماند واکنش ها حاصل می شوند بدیهی است حضور مواد ناخالصی و سرباره زا ، در هریک از مواد اولیه می تواند مسئله تشکیل سرباره را تشدید و تولید را با اشکالات متالورژیکی و یا تکنولوژیکی متعددی روبرو سازد بنابراین در انتخاب مواد اولیه و آماده سازی آنها ، باید به عوامل سرباره زا و همچنین روش های پیشگیری از تشکیل آنها توجه نمود .

از طرف دیگر ، مواد طبیعی و یا ساخته شده در دامنه ای از تغییرات ترکیبی یا فیزیکی قرار می گیرند که عدم توجه به آنها و نبود سنجش های کمی و کیفی و عدم رعایت استانداردهائی که با فرآیند تولید منطبق باشد می تواند تولید را ناهمگون و کنترل هایی لازم را غیر ممکن سازد تحت شرایط کلی ، مواد اولیه بایستی شرایط عمومی زیر را دارا باشند .

ترکیب شیمیایی ، مواد اولیه باید به گونه ای انتخاب شوند که قادر به تولید محصول مورد نظر باشند حضور ناخالصی هائی نظیر اهن ‌، آلومینیوم ، کلسیم و بور و ...

علاوه بر آنکه ترکیب شیمیایی محصول را دگرگون می سازند مستلزم عملیات حذف و کاهش نیز می باشند از طرف دیگر ناخالصی ها می توانند قابلیت واکنش پذیری مواد را تغییر داده و شرایط کاری کوره رادچار اشکال سازند .

مشخصات فیزیکی مواد اولیه بر حسب موقعیت استفاده ( محل معدن ، ساخت و...) از نظر چگالی ، ساختار ، اندازه و...

نیز متفاوت هستند بدیهی است هرگونه تغییری در این مشخصات می تواند شرایط تولید را نامتشابه سازد .

وفور و هزینه های اقتصادی تهیه فروسیلیسیم نیز نظیر سایر فرآیندهای تولیدی باید با توجه به ارزش افزوده محصول ، اقتصادی باشد مسلماً‌در چنین حالتی تهیه آن ها است و لذا مستلزم فراوانی و مصرف انرژی کمتر در تهیه آن ها است لذا در انتخاب مواد اولیه باید به موارد عمومی فوق توجه نمود.

با توجه به فرآیند تولید فروسیلیسیم مواد اصلی که در تهیه این ماده به کار می روند شامل : الف) مواد حامل سیلیسیم ب ) مواد انرژیزا ، احیاء کننده ، کاتالیزوری و..

یا به اختصار مواد حاصل کربن ج) مواد حامل آهن می باشند هریک از مواد اصلی سه گانه فوق ، علاوه بر شرایط عمومی ؛باید دارای ویژگی های خاصی باشند که مستقیماً به مشخصات شیمیایی شیمی – فیزیکی و تکنولوژیکی تولید مربوط شده ودر زیر مورد مطالعه قرار می گیرند .

2-2- مواد حاصل سیلیسیم مواد مختلف و متنوعی که حاوی سیلیسیم با عیار بالا هستند جهت تولید فروسیلیسیم مورد استفاده قرار می گیرند سیلیسیم از نظر فراوانی ، بعد از اکسیژن ، دومین عنصر موجود در طبیعت است حدود 6/27 درصد پوسته زمین از سیلسیم تشکیل شده است بشر تاکنون بیش از 200 نوع مختلف از مواد سیلیسیم دار را شناسایی کرده است که از آن جمله می توان ترکیبات زیر را نام برد : کواراتزیت ( Quartzite) کوارتز (‌Quartz) که تحت نام قدیمی ایرانی « در کوهی »‌شناخته شده و در اشکال مختلف زیر ظاهر می شود کوارتز رودخانه ای سنگ بلور ( Rock Crystal) ،؛ نوعی کوارتز خالص و شفاف و بی رنگ درکوهی بنفش (Amethyst) نوعی کوارتز منگنزدار اپال ( Opal) اکسید سیلیسیم آبدار طبیعی سنگ سلیمانی یا باباقوری ( Onyx) از اقسام عقیق که در آن نوارهائی رنگین در خط مستقیم یافت می شود عقیق جگری ( Cornelian ) ژاسیر (‌Jasper) نوعی سیلیس ناخالص که به علت وجود اکسیدهای آهن در آن ، به رنگ قرمز ظاهر می شوند شن و بسیاری ترکیات دیگر در تمامی ترکیبات فوق سیلیسیم به صورت اکسیدی و با فرمول Sio2 «‌سیلیس» ‌ظاهر می شود که سیلیسیم در مرکز چهار وجهی ها اکسیژن قرار دارد .

علاوه بر این ترکیبات هزاران کانی دیگر را میتوان یافت که درآن ها سیلیسیم در ترکیب با اکسیدهای عناصر مختلف به شکل سلیکات ها ظاهر شده است .

معمولاً‌ارزان ترین کانی های موجود حامل سیلیسیم در تولید فروسیلیسیم مورد استفاده قرار می گیرند این مواد عبارتند از : 3-2- کوارتز ، کوارتزیت و به میزان کمی کالسه دوان (‌Chalcedony)‌ کوارتز کوارتز کانی است فشرده با ساختار کریستالی رومبوئدرال ،‌چگالی آن و سختی آن 7 مو بوده است و غالباً بی رنگ ، سفید ، خاکستری و یا قرمز است ، موارتزیکی از فراوان ترین کانی ها بوده و به علت دامنه پایداری را تحمل نماید و در نتیجه در بسیاری از رسوبات ، به سختی و مقاومت زیاد آن ارتباط دارد با توجه به این کوراتز ، فاقد رخ (‌Cleavage) بوده و در عین حال قابلیت انحلال آن نیز ناچیز می باشد عموماً‌در حین حمل و نقل بدون تغییر قابل ملاحظه ای باقی می ماند .

کوارتز در Cº573 تغییر شکل ساختاری داده و از فاز تبدیل می شود .

این تغییر شکل ، برگشت پذیر است زیرا در این درجه حرارت چهار وجهی ها ، حدود 7 درجه نسبت به هم جابجا می شوند .

این امر با تقارن همراه بوده و از سیستم رومبوئدرال ( چهار وجهی ) به هگزاگونال ( شش وجهی ) مبدل می شود .

این تغییر شکل پایدار نبوده و در سرد کردن مجدداً شکل متبلور کوارتز به برگشت می نماید در تبدیل یک فرم به فرم دیگر، نوع پیوندهای یونی به هیچوجه تغییر نمی کند .

شکل 1-2-انواع مدیفیکاسیون های کوارتز را نشان می دهد .

علت آنکه کوارتز در رنگهای مختلف پدیدار می شود حضور ناخالصی های مختلف در کانی های آن است میزان Sio2 موجود در کوارتز ، عموماً‌بیش از 98 درصد است .

کوارتز مصرفی در فرآیند تولید فروسیلیسیم بایستی نقطه نرم شدن بالائی داشته باشد علت این امر آن است که کوارتز بایستی تا زمانی که به حفره واکنش نرسیده، شکل اولیه خود را حفظ کرده و بدون آن که ذوب شود وارد منطقه فعل و انفعال گردد .

شکل1-2 انواع مدیفیکاسیون های کوارتز به عبارت دیگر ، کوارتز بهتر است در حالت جامد احیاء شود و چنانچه قبل از احیاء ذوب شده و وارد حوضچه مذاب گردد ، به میزان قابل توجهی تشکیل سرباره داده و احیاء‌آن در این حالت بسیار مشکل خواهد بود.

لذا کوارتز مصرفی بایستی از نقطه نظر جرارتی و مکانیکی پایدار بوه و درصد خالصی های آن ، بخصوص K,Na پایین باشد .

پایداری حرارتی کوارتز بر اساس یک آزمایش استاندارد اندازه گیری می شود اکسید آهن موجود در کوارتز نیز نبایستی از 3/0 درصد بیشتر باشد زیرا پایداری حرارتی آن را کاهش می دهد پیریت از ناخالصی هایی است که نبایستی در کوارتز مصرفی در این صنعت وجود داشته باشد در جدول 1-2 ترکیب شیمیایی چند نوع کوارتز آورده شده است .

جدول1-2 ترکیب شیمیایی چند نوع کواتز 4-2- کوارتزیت کوارتزیت سنگی است رسوبی ، متشکل از دانه های کوارتز که در زمینه‌ای از ترکیبات سیلیکاتی قرار گرفته است .

کوارتزیت به طور وسیعی در سطح زمین پخش شده و منابع آن تمام نشدنی است کوارتزیت مصرفی در صنعت تولید فروسیلیسیم بایستی شزایط زیرا حائز باشد .

میزان سیلیس موجود در آن حداقل 96 دصد و ترجیحاً 97 تا 99 درصد باشد .

مقدار ناخالصی های تشکیل دهنده سرباره (‌آلومینا اکسید ،‌منیزیم ، اکسید کلسیم و ...) حتی الامکان کم باشد .

میزان P2O5 محتوی کمتر از 02/0 درصد باشد زیرا فسفرهمراه شارژ تقریباً به طور صد درصد وارد محلول نهائی خواهد شد .

فاقد آخال های کلی باشد میزان جذب رطوبت آن کمتر از 5 درصد باشد درهنگام خرد کردن و نیز حرارت دادن ؛ استحکام مکانیکی خود را از دست ندهد .

کوارتیزیت های حاوی کربن ( با حدود 7/0 تا 5/0 درصد کربن ) جهت استفاده در فرآیند تویلد فروسیلیسیم مناسب نیستند ، زیرا در هنگام حرارت دادن ترک برداشته و خرد می شود و نتیجتاً قابلیت عبور گاز در شارژ را پایین می آورند .

در جدول 2-2- ترکیب شیمیایی کوارتزیت های مختلف نشان داده شده است .

جدول2-2 ترکیب شیمیایی چند نوع کوارتزیت 5-2- کالسه دوان (‌Chalcedony) کانی است که با ساختار فیبری نازک و بر خلاف آنچه که قبلاً تصور می شد آبدار نیست کالسه دوان از بلورهای بسیار کوچک کوارتز ساخته می شود که مجموع مارپیچ های آن رشته هائی را تشکیل می دهد .

ساختار این رشته ها باز بوده و از منافذ زیر متعدد تشکیل می شود که ناخالصی های مخصوصا اکسید آهن در آن جایگزین می شود و در نتیجه با رنگ های مختلف در طبیعیت یافت می شود رفتار این کانی در فرآیندهای متالورژیکی تا حدودی بدتر از کوارتز و کوارتزیت است زیرا حاوی میزان پایین تری از Sio2 می باشد (‌حدود 95 درصد ) به همین دلیل مصرف آن در فرآیند تولید فروسیلیسیم محدود شده است .

6-2- مواد حامل کربن موادی که جهت احیاء در فرآیند تولید فروسیلیسیم مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از : - زغال چوب ( Charcoal) - کک تولید شده در دمای پایین ( Low temperature Coke) - کک نفتی ( Fetroleum coke ) - کک قیری ( Pitch coke) -کک گازی ( Gas coke) -کک متالورژی ( Metallurgical Coke) -زغال سنگ( Coal) - زغال قهوه ای (Lignite) -آنتراسیت (‌Anthracite) و تراشه چوب مواد احیاء کننده مصرفی در این صنعت بایستی حائز شرایط خاصی باشند .

میزان خاکستر آن ها حتی الامکان کم باشد ( ترکیب شیمیایی خاکستر نیز مهم است ) به منظور واکنش پذیری بهتر دارای مدول سطحی بالائی باشند ( به منظور افزایش راکتیویته در شرایط ثابت ) مقدار مواد فرار موجود پایین باشند .

استحکام مکانیکی بالائی داشته باشند .

مقاومت الکتریکی آن ها بالا باشد .

و طبیعتاً از نظر قیمت ارزان باشند مقاومت الکتریکی مواد احیاء کننده و واکنش پذیری ( راکتیویته ) آنها به یکدیگر وابسته اند به عنوان مثال ککی که دارای واکنش پذیری خوبی است مقاومت الکتریکی بالائی نیز دارد و ککی که دارای هدایت الکتریکی خوبی باشد راکتیویته ضعیفی دارد جهت تولید بدون تشکیل سرباره است ، بایستی مواد احیاء‌کننده‌ای که دارای راکتیویته خوب و مقاومت الکتریکی بالائی هستند به کار برده شوند بدین ترتیب مقاومت مجموع شارژ در اطراف الکترودها بالا برده می شود از آنجا که مقاومت الکتریکی هریک از تکه های مواد احیا‌ء‌کننده و مقاومت الکتریکی از یک تکه این مواد به تکه دیگرنقش مهمی را در مقدار کل مقاومت الکتریکی مخلوط شارژ بازی می کند ، می توان با کنترل و تا حد امکان کوچک تر کردن دانه بندی مواد احیا‌کننده به مقاومت الکتریکی مورد نظر دست یافت ازطرف دیگر باتوجه به این که لازم است مواد شارژ قابلیت عبور دادن گازهای تشکیل شونده در قسمت های پائینی کوره را داشته باشند نبایستی گرد وغبار و دانه های بسیار ریز مورد استفاده قرار گیرد .

با توجه به فرآیندهای مختلف کک سازی می توان دو روش زیر را تمیز داد : کک تولید شده در درجه حرارت بالا ، این کک‌، در درجه حرارت های بین 1000 تا C º1300 تولید می شود نتیجه این فرآیند ککی است که دارای مواد فرار ناچیزی بوده و در عین حال میزان گرافیته شدن آن بیشتر است و به طور نسبی دارای مقاومت الکتریکی کمتری است .

کک تولید شده در درجه حرارت پایین این کک در محدوده حرارتی بین حدود 500 تا Cº 900 تولید می شود .

بدین طریق ککی با راکتیویته بالا و مواد فرار نسبتاً زیاد تولید شده و میزان گرافیته شدن آن کم و در نتیجه مقاومت الکرتیکی آن بالا خواهد بود .

از آنجا که مدت زمان عملیات کک سازی ، تأثیر مستقیم بر میزان گرافیته شدن دارد می توان در هنگام تولید کک در درجه حرارت های بالا ، با کنترل مدت زمان توقف در سلول های کک سازی انواع مختلفی از آن را تولید نمود .

برای مثال چنانچه مدت زمان توقف کوتاه باشد کک گازی حاصله دارای واکنش پذیری بسیار خوبی بوده و چنانچه مدت زمان توقف بلند باشد کک متالورژی سخت تولید خواهد شد کک گازی تولید شده بدین طریق جهت استفاده در کوره های قوس الکتریکی بسیار مناسب بوده در حالی که کک متالورژی حاصله به دلیل سختی آن عموماً جهت استفاده در کوره بلند و کوره کوپل به کار برده می شود .

به طور کلی ککی که دارای چگالی ظاهری کمتر و میزان تخلخل بالاتری باشد قابلیت واکنش کردن آن بالاتر و مقاومت الکتریکی آن بهتر خواهد بود رفتار الکتریکی مواد احیاء کننده در کوره قوس الکتریکی تا حدودی پیچیده است زیرا مقاومت الکتریکی آنها به درجه حرارت بستگی دارد در شکل 2-2 چگونگی تغییرات مقاومت الکتریکی مواد احیاء‌کننده با بالا رفتن درجه حرارت مقاومت الکتریکی مواد اولیه کاهش می یابد شکل 3-2 نیز مقاومت الکتریکی نسبی سه نوع کک مختلف را نشان می دهد .

شکل 2-2 تأثیر درجه حرارت بر مقاومت الکتریکی مواد احیاء کننده شکل 3-2 تأثیر درجه حرارت بر مقاومت الکتریکی نسبی سه نوع کل مختلف جدول 3-3 ترکیب شیمیایی مواد احیاء کننده و ترکیب شیمیایی خاکستر آنها به صورت نمونه به طور کلی انواع مواد احیاء‌کننده مصرفی درفرآیند تولید فروسیلیسیم دارای مشخصات زیر هستند : 7-2- کک نفتی و کک قیری این کک ها حاوی مقادر ناچیزی خاکستر ( در حدود 2 درصد ) و مواد فرار می باشند این مواد از احیاء‌کننده های بسیار خوب محسوب شده و به دلیل قیمت بسیار زیاد آنها عموماً در تولید سیلیسیم متبلور و فروتنگستن مورد استفاده قرار می گیرند .

8-2- کک متالورژی از اساسی ترین مواد احیاء کننده در فرآیند تولید فروسیلیسیم است کک متالورژی مورد استفاده در صنعت تولید فروسیلیسیم ، در واقع ریزدانه های باطله در هنگام تولید این نوع کک بوده و به همین دلیل دارای مقادیر بیشتری خاکستر و میزان متغیری از رطوبت هستند .این کک از زغال های مختلف و با فرآیند های متفاوت تولید شده و بسته به نوع زغال مورد استفاده و نوع فرآند ویژگی های مختلفی پیدا می کند در جدول 4-2 و 5-2 ترکیب شیمیایی کک های مختلف و نیز ترکیب شیمیایی خاکستر محتوی آورده شده است .

جدول 4-2 ترکیب شیمیایی نمونه از چند نوع کک در سال های اخیر از کک واره ها (_ Semi coke) نیز به همراه کک در فرآیند تولید فروسیلیسیم استفاده می شود کک واره ها توسط فرآیند کک کردن زغال سنگ تا درجه حرارت Cº700 تولید شده و به طور کلی دارای ترکیبی پایدار ، مقاومت الکتریکی بالاو راکتیویته مناسبی هستند استفاده از مخلوطی از خرده کک و کک و اره امکان آ» را فراهم می سازد تا الکترودها در موقعیت پایین تری در درون شارژ قرار گرفته و فرایند تولید بهبود یابد .

در جدول 6-2 نمونه ای از ترکیب شیمیایی این گونه مواد مشاهده می شود.

جدول 5-2 ترکیب شیمیایی خاکستر چند نوع کک جدول 6-2 ترکیب شیمیایی دو نوع کک وارده 9-2- زغال چوب از احیاء‌کننده های بسیار خوب و اغلب حاوی مقادیر بسیار کمی خاکستر ، در حدود 2-1 درصد است این ماده دارای راکتیویته ای بالا و مقاومت الکتریکی قابل توجهی است به هر حال به دلیل گران بودن آن بیشتر جهت تولید آلیاژهای سیلیسیم یا عیار بالا به کار برده می شود (‌مانند فروسیلیسیم 90 درصد و سیلیسیم متبلور ) ولی جهت تولید فروسیلیسیم با عیارهای کمتر نیز تا مقدار مشخصی از این ماده می توان به عنوان کمکی استفاده کرد .

10-2- زغال سنگ دارای مقاومت الکتریکی بالایی است ، بعضی از زغال سنگ ها حاوی خاکستر کم ، مقادیر ناچیز مواد فرار و ناخالصی های مختصری هستند امات این مواد اکثراً در هنگام حرارت دادن ترک برداشته و خرد می شوند به همین دلیل مصرف آن ها در تولید فروسیلیسیم محدود می گردد .

جایگزین کردن زغال سنگ به میزان 20 تا 30 درصد به جای کک باعث بهبود خواص مخلوط شارژ شده ، از زینتر شدن مواد شارژ جلوگیری کرده و امکان آن را ایجاد میکند تابتوان الکترودها را در موقعیت پایین تری قرار داد با توجه به جدول 7-2 که طبقه بندی بین المللی انواع زغال ها را نشان می دهد می توان زغال هایی را که جهت تولید فروسیلیسیم به کار برده می شوند به صورت زیر نام برد .