Et steg mot mindre avfall

Blogginnlegg publisert 08.02.18
Også publisert i bloggen NTNUTechzone: www.ntnu.no/blogger/techzone

En bit kvarts. Du har sikkert sett en lignende utallige ganger ute i naturen uten å tenke over det, men den er altså råvaren i en rekke høyteknologiske utviklinger. Illfoto: Colourbox

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:

  1. Kvarts puttes opp i en stor ovn sammen med ulike karbonmaterialer, som for eksempel koks.
  2. Energi tilføres prosessen for å øke temperaturen til rundt 2000 °C.
  3. En rekke kjemiske reaksjoner skjer
  4. 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