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金屬硅介紹及生產過程
日期:2022-04-08
金屬硅,又稱結晶硅或工業硅,其主要用途是作為非鐵基合金的添加劑。金屬硅是由石英和焦炭在電熱爐內冶煉成的產品,
“金屬硅”(是上世紀六十年代中期出現的一個商品名稱。它的出現與半導體行業的興起有關。國際通用作法是把商品硅分成金屬硅和半導體硅。金屬硅是由石英和焦炭在電熱爐內冶煉成的產品,主成分硅元素的含量在98%左右(含Si量99.99%的也包含在金屬硅內),其余雜質為鐵、鋁、鈣等。半導體硅用于制作半導體器件的高純度金屬硅。是以多晶、單晶形態出售,前者價廉,后者價昂。因其用途不同而劃分為多種規格。
硅大量用于冶煉成硅鐵合金作鋼鐵工業中合金元素,在很多種金屬冶煉中作還原劑。硅還是鋁合金中的良好組元,絕大多數鑄造鋁合金都含有硅。通常按金屬硅成分所含的鐵、鋁、鈣三種主要雜質的含量來分類??砂呀饘俟璺譃?53、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌號。
工業上,金屬硅通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。 化學反應方程式: SiO2 + 2C → Si + 2CO 這樣制得的硅純度為97~98%,叫做金屬硅。再將它融化后重結晶,用酸除去雜質,得到純度為99.7~99.8%的金屬硅。
金屬硅成分主要是硅,因此和硅具有相類似的性質。硅有無定形硅和晶形硅兩種同素異形體。無定形硅是灰黑色粉末,實際上也是一種微晶體。晶形硅具有金剛石的晶體結構和半導體性質 ,熔點 1410℃ ,沸點 2355℃ ,莫氏硬度 7,性脆 。無定形硅化學性質活潑,在氧氣中能劇烈燃燒。它在高溫下與鹵素、氮、碳等非金屬發生反應,也能與鎂、鈣、鐵等金屬作用,生成硅化物。無定形硅幾乎不溶于包括氫氟酸在內的所有無機酸和有機酸,但能溶于硝酸與氫氟酸的混合酸。濃氫氧化鈉溶液能溶解無定形硅,放出氫氣。晶形硅比較不活潑,即使在高溫下也不與氧氣化合,它也不溶于任何一種無機酸和有機酸,但可溶于硝酸和氫氟酸的混合酸以及濃氫氧化鈉溶液。


我們來看看金屬硅的生產過程
金屬硅生產采用碳熱法,即用硅石、碳質還原劑在礦熱爐內進行冶煉的方法。這樣制得的硅純度為97%~98%,這樣的硅一般可以用在冶金用途。如果要得到更高品級的硅,則需再將其精煉除去雜質,得到純度為99.7%~99.8%的金屬硅。
目前,中國生產金屬硅的碳熱法的生產工藝路線:普遍采用的是以硅石為原料,石油焦、木炭、木片、低灰煤等為還原劑,在礦熱電爐中高溫熔煉,從硅石中還原出金屬硅,其為無渣埋弧高溫熔煉過程。
因此,雖然金屬硅是從硅石中提煉出來的,但是并不是所有的硅石都適合制作金屬硅。我們日常所見的普通用砂并不是金屬硅的真正原料,而是上述所說的工業生產所用到的石英砂,并且經歷了多步反應才完成從沙子到金屬硅的蛻變。
 
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