Abstract: A brief review and critical evaluation of the literature related to the mechanism of carbothermic reduction of silicon oxide is presented. To resolve the contradictions in the literature data about the number of chemical reactions and key intermediate substances during the Acheson process, thermodynamic modeling of products of carbothermic reduction of silicon (IV) oxide at 1 bar total pressure was carried out. It was determined that CO2 and Si were absent among the intermediates at temperatures close to the silicon carbide formation temperature (from 1520 to ~2500 °С). Out of several dozen possible reactions, the two dominant reactions that result in the formation of silicon carbide in the Acheson process were identified. The effect of reagents temperature from 1000 to 3000 °С, bulk and local deviation from stoichiometry of the initial mixture on the composition of the reaction products was discovered. Obtained new data explains some empirical observations and greatly simplifies the physicochemical modeling of the Acheson process. ; Представлен краткий обзор и критическая оценка литературных данных, касающихся механизма карботермического восстановления оксида кремния. Для разрешения разночтений в данных о количестве химических реакций и ключевых промежуточных веществах в процессе Ачесона в работах различных авторов было проведено термодинамическое моделирование состава продуктов карботермического восстановления оксида кремния (IV) при общем давлении 1 бар. Определено, что среди промежуточных веществ отсутствуют CO2 и Si при температурах, близких к температуре образования карбида кремния (от 1520 до ~ 2500 °С). Из нескольких десятков возможных реакций были выделены две доминирующие реакции, приводящие к образованию карбида кремния. Обнаружено влияние температуры реагентов в диапазоне от 1000 до 3000 °С, их локального окружения и отклонения от стехиометрии исходной смеси на состав продуктов реакции. Установлена существенная асимметрия при небольших отклонениях состава шихты от стехиометрии: локальный избыток ...
Relation: https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/836/658; Гаршин, А. П. Новые конструкционные материалы на основе карбида кремния / А. П. Гаршин. – М.: Юрайт, 2021. – 182 c.; Применение техногенных отходов металлургических предприятий для производства карбида кремния / О. А. Полях [и др.] // Изв. высших учеб. заведений. Черная металлургия. – 2014. – Т. 57, № 8. – С. 5–12. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2014-8-5-12; Gupta, G. S. An Analysis of Heat Distribution in the Production of SiC Process / G. S. Gupta, P. Raj, K. Tiwari // Procedia Manuf. – 2019. – Vol. 30 – P. 64–70. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2019.02.010; Derevyanko, I. V. Researching of thermophysical processes in Acheson furnace for the production of silicon carbide / I. V. Derevyanko, A. V. Zhadanos // Proc. of XIV International Ferroalloys Congress INFACON “Energy efficiency and environmental friendliness are the future of the global Ferroalloy industry”, Ukraine, Kiev, May 31 – June 4, 2015. – Kiev, 2015. – Vol. 2. – P. 555–560.; Bahl, O. P. Anomalous behaviour of a small laboratory Acheson graphitization furnace / O. P. Bahl, B. S. Chauhan // Carbon. – 1974. – Vol. 12, № 2. – P. 214–216. https://doi.org/10.1016/0008-6223(74)90030-X; Koukkari, P. A Gibbs energy minimization method for constrained and partial equilibria / P. Koukkari, R. Pajarre // Pure Appl. Chem. – 2011. – Vol. 83, № 6. – P. 1243–1254. https://doi.org/10.1351/PAC-CON-10-09-36; Matizamhuka, W. R. Gas transport mechanisms and the behaviour of impurities in the Acheson furnace for the production of silicon carbide / W. R. Matizamhuka // Heliyon. – 2019. – Vol. 5, № 4. – P. e01535. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01535; Chen, C. Y. Kinetics of synthesis of silicon carbide by carbothermal reduction of silicon dioxide / C. Y. Chen, C. I. Lin, S. H. Chen // Br. Ceram. Trans. – 2000. – Vol. 99, № 2. – P. 57–62. https://doi.org/10.1179/bct.2000.99.2.57; Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing / ed. A. W. Weimer. – London: Chapman & Hall, 1997. – 671 p. https://doi.org/10.1007/978-94-009-0071-4; Agarwal, A. Influence of pellet composition and structure on carbothermic reduction of silica / A. Agarwal, U. Pad // Metall. Mater. Trans. B. – 1999. – Vol. 30, № 2. – P. 295–306. https://doi.org/10.1007/s11663-999-0059-9; Seo, W.-S. Morphology and stacking faults of β-silicon carbide whisker synthesized by carbothermal reduction / W.-S. Seo, K. Koumoto, S. Aria // J. Am. Ceram. Soc. – 2000. – Vol. 83, iss. 10. – P. 2584–2592. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01593.x; Kinetics of carbothermal reduction synthesis of beta silicon carbide / A. W. Weimer [et al.] // AIChE J. – 1993. – Vol. 39, № 3. – P. 493–503. https://doi.org/10.1002/aic.690390311; Abolpour, B. Mechanism of reaction of silica and carbon for producing silicon carbide / B. Abolpour, R. Shamsoddini // Prog. React. Kinet. Mech. – 2020. – Vol. 45 – Art. ID 146867831989141. https://doi.org/10.1177/1468678319891416; Synthesis and characterization of nanostructured silicon carbide crystal whiskers by sol–gel process and carbothermal reduction / B. Li [et al.] // Ceram. Int. – 2014. – Vol. 40, № 8. – P. 12613–12616. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.04.099; Raj, P. Silicon carbide formation by carbothermal reduction in the Acheson process: A hot model study / P. Raj, G. S. Gupta, V. Rudolph // Thermochim. Acta. – 2020. – Vol. 687. – Art. ID 178577. https://doi.org/10.1016/j.tca.2020.178577; Grinchuk, P. S. Effect of random internal structure on combustion of binary powder mixtures / P. S. Grinchuk, O. S. Rabinovich // Phys. Rev. E. – 2005. – Vol. 71, № 2. – Art. ID 026116. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.71.026116; https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/836
Rights: Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). ; Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
Processing Request
No Comments.