Et steg mot mindre avfall
Hvordan oppfører forskjellige kvartstyper seg når de varmes fra 20 til 1500°C? Svaret kan hjelpe oss til å produsere materialer med mindre avfall.
Silisium har en rekke bruksområder i vår hverdag. Smarttelefonen du holder i hånda inneholder silisium. Det samme gjør alle andre elektroniske enheter med en transistor.
Det finnes i alt fra medisinsk utstyr til aluminiumslegeringer og solceller. Med andre ord: silisium er helt sentralt i vårt teknologiske liv.
Vi tenker ikke over det, men vi omgir oss daglig med teknologi hvor silisium er en viktig ingrediens. Illfoto: Colourbox
Mineralet kvarts er råmaterialet i produksjon av silisium. Mineralet kan finnes på de aller fleste steder rundt omkring på jorden, men i forskjellige former. Sandstrender inneholder blant annet en stor mengde kvarts, en type silisiumdioksid. Jeg forsker på hvordan vi kan utnytte kvarts til det maksimale i silisiumproduksjon.
Forenklet sagt produseres silisium slik:
- Kvarts puttes opp i en stor ovn sammen med ulike karbonmaterialer, som for eksempel koks.
- Energi tilføres prosessen for å øke temperaturen til rundt 2000 °C.
- En rekke kjemiske reaksjoner skjer
- Flytende silisium kan tappes fra ovnen.
Kvarts oppfører seg forskjellig
Selv om det å produsere silisium høres veldig enkelt ut, nesten som å bake en kake, er det veldig komplekst. En av tingene som kompliserer prosessen er at det du putter inn i ovnen vil påvirke hvor bra (hvor energieffektivt) ovnen klarer å produsere det du vil ha.
Saken fortsetter under videoen.
Siden kvarts finnes overalt i verden, har mineralet ulik geologisk historie, urenheter og trykk- og strekkbelastninger etter millioner av år i jordskorpa. Dette vil påvirke hvordan kvarts oppfører seg i en silisiumovn ved 2000 °C.
I min forskning forsøker jeg å måle akkurat dette: Hvordan oppfører kvarts seg ved høye temperaturer, og hvorfor oppfører den seg akkurat slik?
Hvordan tåler kvartsen sjokkoppvarming?
En silisiumovn i industriell skala. Råmaterialene tilsettes på toppen, og vil synke nedover i ovnen. Diameteren på en slik ovn kan være rundt 10 meter. Illustrasjon: Thorsteinn Hannesson/The Si Process – Drawings
En av egenskapene jeg undersøker er hvordan ulike kvartstyper takler en temperaturøkning fra romtemperatur til 1500 °C. Når kvarts blir utsatt for slike temperaturer, vil den sprekke opp og produsere en større mengde små biter i ovnen. Dette kan føre til en mer tettpakket masse i ovnen. Dette påvirker oppførselen til ovnen og hvor godt den produserer.
Totalt sett skal jeg undersøke tre forskjellige kvartstyper og fem forskjellige egenskaper. Deretter skal jeg prøve å se sammenhengen mellom egenskapene jeg måler med de grunnleggende egenskapene hver kvartstype har.
Forhåpentligvis vil jeg etter dette være i stand til å forutse hvordan en type kvarts oppfører seg i ovnen.
Dermed kan vi gjøre to ting:
- Tilpasse de andre ovnsparameterne til kvartsen slik at produksjonen blir så effektiv som mulig.
- Teste nye mulige kvartstyper før man etablere en ny kvartsgruve.
På denne måten kan energi, utslipp til miljøet og inngrep i naturen, reduseres.
Forskningsprosjektet samarbeider med Elkem AS, og er finansiert av Forskningsrådet.
——-
Karin Fjeldstad Jusnes er stipendiat ved Institutt for materialteknologi, NTNU
