The object of research, development or design (in Russian) : Технология переработки природных и техногенных отходов для синтеза карбида кремния

The object of research, development or design (in Kazakh) : Табиғи және техногенді қалдықтарды кремний карбидің синтездеудің жоғары тиімді технологиясы

Aim of work (in Russian) : Исследования и разработка высокоэффективной технологии получения карбида кремния повышенной чистоты из рисовой шелухи и микросилики.

Aim of work (in Kazakh) : Күріш қауызы мен микрокремнеземнен жоғары тазалықтағы кремний карбидін алу үшін жоғары тиімді технологияны зерттеу және әзірлеу.

Методы исследования (на русском) : Рентгенофазовый анализ (РФА), дифференциально-термический анализ (ДТА), рентгеноспектральный анализ (РСА) и термодинамический анализ (ТДА)

Методы исследования (на казахском) : Рентгенфазалық талдау (РФА), дифференциалды-термиялық талдау (ДТА), рентгенспектралдық талдау (РСА) және термодинамикалық талдау (ТДА)

Obtained results and novelty (in Russian) : Проведены исследования исходных шихтовых материалов методами РФА, ДТА, РСА и ТДА. Установлено, что микросилика от производства кристаллического кремния представлена фазой кристобалита (SiO2) при содержании 94,35 % SiO2, 4,94 % CaO, 0,35 % Al2O3, 0,13 % Feобщ и 0,02 % MgO. Нефтекокс характеризуется графитоподобной углеродной фазой (90–96 % C, 1-3 % S) с примесями SiO2, CaO, Fe3O4, Al2О3. Термообработанная при 900 °C рисовая шелуха имеет аморфную углеродно-кремнеземистую фазу (94,17 % SiO2, 22,5 % C). ДТА показал, что микросилика при 1250 °C проходит дегидратацию и кристаллизацию с формированием кварца, тридимита и кристобалита. Для нефтекокса отмечены стадии удаления влаги до 600 °C и стабилизации структуры при 900-1250 °C, а рисовая шелуха демонстрирует углеродизацию при 500-800 °C и стабилизацию фазы выше 1100 °C. Термодинамическое моделирование (HSC Chemistry 10) показало, что образование SiC интенсивно идёт в диапазоне 1500-1700 °C при соотношении SiO2/С = 1:1,5, обеспечивая извлечение кремния 97-98 %. Это соответствует 150-155 кг нефтекокса на 100 кг микросилики и 65 кг на 100 кг рисовой шелухи. Научная новизна заключается в использовании мелкодисперсных материалов и подборе оптимальных режимов их механической активации перед спеканием, что позволит снизить температуру синтеза, повысить реакционную способность, улучшить кинетику и чистоту получения SiC.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Бастапқы шихталық материалдар РФА, ДТА, РСА және ТДА әдістерімен зерттелді. Кристаллдық кремний өндірісінің микрокремнеземі кристобалит (SiO2) фазасымен сипатталады, құрамы: 94,35 % SiO2, 4,94 % CaO, 0,35 % Al2O3, 0,13 % Fe жалпы, 0,02 % MgO. Нефтекокс графиттәрізді көміртек фазалы, құрамында 90–96 % C, 1–3 % S және SiO2 , CaO, Fe3O4, Al2O3 іздері бар. 900 °C-та термоөңделген күріш қауызы аморфты көміртек-кремнезем фазасымен сипатталады (94,17 % SiO2, 22,5 % C). ДТА нәтижелері бойынша микрокремнезем 1250 °C-та дегидратация және кристалдану сатыларынан өтеді (кварц, тридимит, кристобалит). Нефтекокста 600 °C-қа дейін ұшпа заттар жойылып, 900–1250 °C-та құрылым тұрақтанады, ал күріш қауызы 500–800 °C-та көміртектеніп, 1100 °C жоғары тұрақтанады. HSC Chemistry 10 бағдарламасындағы модельдеу SiC түзілуі 1500–1700 °C аралығында қарқынды жүретінін көрсетті. Оптималды қатынас SiO2/С = 1:1,5, SiC құрамына Si өтуі 97-98 %. Бұл 100 кг микрокремнеземге 150-155 кг және 100 кг күріш қауызына 65 кг нефтекоксқа тең. Ғылыми жаңалық - ұнтақтәрізді материалдарды пайдалану және механикалық активация режимдерін таңдау арқылы синтез температурасын төмендету, реакциялық қабілет пен SiC түзілу кинетикасын жақсарту.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Основные конструктивные и технико-экономические показатели процесса заключаются в том, что образование карбида кремния наиболее интенсивно протекает в диапазоне 1500–1700 °C при оптимальном соотношении SiO₂/С = 1:1,5, обеспечивающем степень извлечения кремния 97–98 %. Для 100 кг микросилики требуется 150–155 кг нефтяного кокса, а для 100 кг термообработанной рисовой шелухи — около 65 кг. Использование техногенных отходов (микросилики) и аграрного сырья (рисовой шелухи) в сочетании с механической активацией мелкодисперсных шихтовых материалов позволяет снизить температуру синтеза, уменьшить энергозатраты и себестоимость процесса, повысить реакционную способность, выход и чистоту получаемого карбида кремния, что обеспечивает высокую экономическую эффективность и ресурсосбережение технологии.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Процестің негізгі конструкциялық және техникалық-экономикалық көрсеткіштері кремний карбидінің түзілуі ең қарқынды түрде 1500–1700 °C температура аралығында өтетінін және оңтайлы SiO₂/С = 1:1,5 қатынасында кремнийдің SiC құрамына өту дәрежесі 97–98 % болатынын көрсетеді. 100 кг микрокремнеземге шамамен 150–155 кг нефтекокс, ал 100 кг термоөңделген күріш қауызына шамамен 65 кг нефтекокс қажет. Техногендік қалдықтарды (микросилика) және аграрлық шикізатты (күріш қауызы) ұсақдисперсті шихталық материалдарды механикалық активтендірумен бірге пайдалану синтез температурасын төмендетуге, энергия шығынын және өндіріс құнын азайтуға, реакциялық қабілетті, шығым мен алынған кремний карбидінің тазалығын арттыруға мүмкіндік береді, бұл өз кезегінде технологияның жоғары экономикалық тиімділігі мен ресурсты үнемдеуін қамтамасыз етеді.

Level of implementation (in Russian) : енгізілмеген

Level of implementation (in Kazakh) : не внедрено

Efficiency (in Russian) : Эффективность проекта заключается в повышении выхода и чистоты карбида кремния (97–98 %) при снижении температуры синтеза за счёт использования техногенных и аграрных отходов (микросилики и рисовой шелухи) и механической активации мелкодисперсных материалов, что обеспечивает снижение энергозатрат, себестоимости и повышение ресурсной эффективности процесса.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаның тиімділігі микросилика мен күріш қауызы сияқты техногендік және аграрлық қалдықтарды пайдалану, сондай-ақ ұнтақтәрізді материалдарды механикалық активтендіру арқылы синтез температурасын төмендету нәтижесінде кремний карбидінің шығымы мен тазалығын (97–98 %) арттыруда көрініс табады. Бұл энергия шығынын, өндіріс құнын азайтып, процестің ресурстық тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.

Field of application (in Russian) : Металлургия, абразивті зат, ферросплавное производства

Field of application (in Kazakh) : Металлуригия, абразивный материал, ферроқорытпа өндірісі