Како се рафинише метал силицијум

Као неопходан основни материјал у огромном систему модерне индустрије, силицијум метал се широко користи у многим кључним областима као што су металургија, полупроводници и силикони. Од помагања у побољшању перформанси челика до тога да постане основна сировина за производњу чипова, квалитет и принос силицијумског метала директно утиче на развој многих ниже индустрије. У овом чланку ћемо анализирати процес рафинације метала силицијум (индустријски силицијум) и разоткрити мистерије производње од сировине до готовог производа.

Дефиниција

Метални силицијум, такође познат као индустријски силицијум или кристални силицијум, је облик силицијумских мономера са важном индустријском вредношћу у хемијском пољу. Због широког спектра примене у индустријској производњи, ове различите ознаке имају широку примену у индустрији.

Систем класификације

Метални силицијум се класификује углавном на основу садржаја три главне нечистоће: гвожђа, алуминијума и калцијума. Ова класификација се огледа у специфичним бројевима, на пример, "553" класа силицијум метала представља 5% гвожђа, 5% алуминијума и 3% калцијума, док "3303" значи 3% гвожђа, 3% алуминијума и 0,3% калцијума. Индустрија је то успела да постигне кроз јасна правила нумерисања. Кроз ово јасно правило нумерисања, индустрија може брзо да утврди стање нечистоћа и ниво квалитета силицијум метала.

Проценат низводних апликација

Метални силицијум има широк спектар примене у низводном току, а пропорција варира у различитим областима. Међу њима, 30,28% се користи за производњу полисилицијума, који служи индустрији полупроводника и соларне енергије; 26,82% се рафинише у металуршки-силицијум, који се користи за производњу легура алуминијума; а 38,03% се даље рафинише кроз хидрометалуршки процес у силицијум хемијског{5}}класа, који се користи за производњу силиконске гуме и силана. Различите примене захтевају различиту чистоћу и садржај нечистоћа силицијумског метала, што одређује разлике у процесу рафинације.

Силицијум, основна сировина

Композициони захтеви

Силицијум, као основна сировина за производњу силицијумског метала, подлеже строгим стандардима композиције. Индустријска производња захтева да садржај СиО2 у силицијум диоксиду мора бити већи или једнак 99%, док Фе2О3 мањи или једнак 0,15%, Ал2О3 < 0,2%, ЦаО < 0,1%, а укупне нечистоће треба да буду < 0,6%. Прекомерни садржај нечистоћа ће директно утицати на процес топљења, повећати потрошњу енергије и чак смањити квалитет силицијумског метала.

Пхисицал Пропертиес

Поред његовог хемијског састава, физичка својства силицијум диоксида су подједнако критична. Мора да буде веома отпоран на топлоту и да минимизира пуцање када се подвргне променама термичке фазе када се дода у пећ. Што је виша почетна температура за интензивне поремећаје, то боље да се обезбеди стабилност у високотемпературном окружењу пећи. Поред тога, редуцибилност СиО2 је важна карактеристика која одређује да ли се силицијум може успешно редуковати у метал силицијум.

Класификација и употреба сировина

Квалитет сировина од силицијум диоксида варира, као и њихова употреба. Висок-квалитетни кварцни песак, због своје чистоће и квалитета, обично се користи директно у производњи производа од високо-производа од кварцног стакла, а може се чак и прерадити у кристале-квалитета драгог камења и турмалине, итд., док је силицијум са нешто нижим степеном, али са већим резервама, бољим условима експлоатације прикладан за производњу силикона и нижим трошковима производње метала у околини.

Угљенични редуктори

Врсте редукционих средстава

Угљенични редуктори који се обично користе у процесу топљења силицијумског метала укључују дрвени угаљ, нафтни кокс и угаљ. Ови редукциони агенси реагују са силицијумом на високим температурама да би редуковали силицијум из силицијум диоксида.

Захтеви за перформансе

Нису сви угљенични материјали погодни за употребу као редукциони агенси, а производња има строге захтеве за перформансе. Уопштено говорећи, редуктор треба да буде окарактерисан високим фиксираним угљеником, мало пепела, умерено испарљивим материјама, малом влагом, високом отпорношћу, високом реактивношћу и одређеном механичком чврстоћом. Само испуњавањем ових захтева можемо обезбедити ефикасно смањење силицијум диоксида у процесу топљења, а истовремено смањити уношење нечистоћа, како би се смањио терет накнадног процеса деконтаминације.

Принцип и начин топљења

Топљење силицијумског метала углавном усваја методу електричне пећи, односно карботермалну методу. Основни принцип је да у електролучној пећи силицијум диоксид (СиО2) хемијски реагује са редукционим агенсом који садржи угљеник. У условима високе температуре, СиО2 реагује са угљеником (Ц) и формира силицијум (Си) и угљен моноксид (ЦО), са хемијском једначином: СиО2 + 2Ц → Си + 2ЦО. Овај процес захтева прецизну контролу температуре и реакционих услова како би се остварила ефикасна редукција силицијума.

Кључни производни процеси

Дозирање и мешање

Дозирање и мешање су основне фазе топљења. Морају се тачно ускладити са хемијским саставом и величином честица силицијум диоксида и угљеничног редуктанта да би се обезбедила униформност и стабилност пуњења у смислу састава и физичких својстава. Само равномерно пуњење може остварити стабилну и ефикасну реакцију у електричној пећи.

Пуњење и пуњење пећи

Процес пуњења је стриктно секвенцијалан и пуњење се убацује у пећ на специфичан начин. Са постепеним спуштањем електрода, покреће се напајање и струја се постепено повећава у складу са процесом реакције. Ова фаза захтева од оператера да обрати велику пажњу на све параметре како би осигурао да процес храњења буде несметан и да на реакцију не утичу абнормалности у струји.

Кување и рафинирање

Кухање и рафинирање је кључ читавог процеса топљења. Прецизним подешавањем напона, струје и других параметара електричне пећи, температура унутар пећи се одржава у одговарајућем опсегу како би се осигурало да се СиО2 у потпуности редукује у метални силицијум. У исто време, неке нечистоће се могу ефикасно уклонити током процеса, што побољшава почетни квалитет силицијумског метала.

Одвајање нечистоћа

Метал силицијум добијен топљењем садржи одређене нечистоће, које је потребно додатно рафинисати и пречистити. Уобичајена метода је третирање испарљивих силицијумских једињења дестилацијом да би се одвојиле нечистоће, чиме се значајно побољшава чистоћа силицијума како би се задовољиле потребе различитих примена.

Процес обликовања

Пречишћени силицијум након одвајања нечистоћа се сипа у чврсте облике као што су инготи, блокови или пелете. Након тога се дроби, меље и обрађује у складу са захтевима примене различитих индустрија да би се направили производи од силицијумских метала који испуњавају спецификације.

Паковање и дистрибуција

Након обликовања и обраде, готови производи од силицијумског метала биће упаковани у складу са карактеристикама производа и захтевима купаца. Након паковања, ови производи ће бити дистрибуирани у различите индустрије као што су електроника, металургија, хемикалије итд., и стављени у различите производне процесе.

Потрошња енергије

Висока потрошња енергије

Производња силицијум метала је обично високо{0}}енергетска индустрија, са просечном потрошњом електричне енергије од 13.000 квх по тони силицијума. У електричним лучним пећима, реакционе температуре до 1800 степени су потребне како би се осигурало да се редукција силицијум диоксида и угљеника одвија несметано. Ово чини производњу силицијумског метала веома зависном од извора електричне енергије, а производња се обично одвија у областима са довољним ресурсима електричне енергије.

Мере{0}}штеде енергије

Предузете су разне мере за смањење потрошње енергије. Одабире високо{1}}квалитетне изворне руде силицијум-диоксида и угљеничне редукторе са високом активношћу и ниским садржајем пепела како би побољшао ефикасност реакције са стране сировина; усваја напредне термоелектричне пећи за оптимизацију перформанси опреме; и даље смањује потрошњу енергије оптимизацијом процеса како би се смањили проблеми као што су врући заустављања и неравне тканине, како би се постигла уштеда енергије и смањење потрошње енергије.

Квалитет сировина

Контрола нечистоћа силицијум диоксида

Садржај нечистоћа силицијумских сировина има значајан утицај на производњу. Приликом производње високо-квалитетног индустријског силицијум диоксида, Фе2О3 је мање од 15%, Ал2О3 је мање од 20%, ЦаО је мање од 15%; ако се производи индустријски силицијум супер{9}}супер високог квалитета, стандард контроле ових оксида је строжи. Висок садржај нечистоћа ће довести до лепљиве површине ушћа пећи, слабе пропустљивости, повећања губитка топлоте и потрошње енергије.

Физичка својства силицијум диоксида

Термичка стабилност и отпорност на експлозију силицијум диоксида су подједнако важне. Ако је термичка стабилност силицијум диоксида лоша, лако се пуца након загревања, површинско љуштење, озбиљно ће утицати на пропусност пећи, што ће резултирати везивањем горњег дела пуњења пећи, топлота се не може ефикасно пренети, и на крају, потрошња енергије се значајно повећава. Поред тога, величину честица силицијум диоксида треба строго контролисати на 50 - 120 мм, премала или превелика величина честица ће имати негативан утицај на производњу.

Уз континуирани напредак индустријске технологије, технологија рафинирања силицијумских метала ће се такође развијати у правцу уштеде енергије, високе ефикасности и високе чистоће. У будућности, индустрија ће се суочити са изазовима као што су смањење потрошње енергије и побољшање чистоће производа, а постоје и могућности као што су технолошке иновације и отварање нових области примене. Кроз континуирано технолошко истраживање и развој и оптимизацију процеса, индустрија метала силикона ће сигурно пружити чвршћу подршку за савремени индустријски развој.