Kaip rafinuojamas silicio metalas

Kaip nepakeičiama pagrindinė medžiaga didžiulėje šiuolaikinės pramonės sistemoje, silicio metalas yra plačiai naudojamas daugelyje pagrindinių sričių, tokių kaip metalurgija, puslaidininkiai ir silikonai. Silicio metalo kokybė ir išeiga – nuo ​​to, kad padeda pagerinti plieno eksploatacines savybes ir tampa pagrindine drožlių gamybos žaliava, tai tiesiogiai veikia daugelio tolesnių pramonės šakų vystymąsi. Šiame straipsnyje išanalizuosime silicio metalo (pramoninio silicio) rafinavimo procesą ir išskleisime gamybos paslaptis nuo žaliavos iki galutinio produkto.

Apibrėžimas

Silicio metalas, taip pat žinomas kaip pramoninis silicis arba kristalinis silicis, yra silicio monomerų forma, turinti svarbią pramoninę vertę chemijos srityje. Dėl plataus pritaikymo pramoninėje gamyboje šie skirtingi pavadinimai yra plačiai naudojami pramonėje.

Klasifikavimo sistema

Silicio metalas daugiausia klasifikuojamas pagal trijų pagrindinių priemaišų kiekį: geležies, aliuminio ir kalcio. Šią klasifikaciją atspindi konkretūs skaičiai, pavyzdžiui, silicio metalo "553" klasė sudaro 5% geležies, 5% aliuminio ir 3% kalcio, o "3303" reiškia 3% geležies, 3% aliuminio ir 0,3% kalcio. Pramonė sugebėjo tai pasiekti taikydama aiškias numeravimo taisykles. Pagal šią aiškią numeravimo taisyklę pramonė gali greitai nustatyti silicio metalo priemaišų padėtį ir kokybės lygį.

Tolesnių programų procentas

Silicio metalas gali būti naudojamas labai įvairiai, o proporcija įvairiose srityse skiriasi. Tarp jų 30,28% sunaudojama polisilicio, kuris aptarnauja puslaidininkių ir saulės energijos pramonę, gamybai; 26,82 % perdirbama į metalurginio -klasio silicį, kuris naudojamas aliuminio lydiniams gaminti; o 38,03 % hidrometalurginio proceso metu toliau rafinuojama į cheminės klasės silicį, kuris naudojamas silikoninės gumos ir silano gamybai. Skirtingoms reikmėms reikalingas skirtingas silicio metalo grynumas ir priemaišų kiekis, o tai lemia rafinavimo proceso skirtumus.

Silicio dioksidas, pagrindinė žaliava

Kompozicijos reikalavimai

Silicio dioksidui, kaip pagrindinei silicio metalo gamybos žaliavai, taikomi griežti sudėties standartai. Pramoninei gamybai reikalaujama, kad silicio dioksido SiO2 kiekis būtų didesnis arba lygus 99%, o Fe2O3 - mažesnis arba lygus 0,15%, Al2O3 < 0,2%, CaO < 0,1%, o bendras priemaišas turėtų būti < 0,6%. Per didelis priemaišų kiekis tiesiogiai paveiks lydymosi procesą, padidins energijos sąnaudas ir netgi pablogins silicio metalo kokybę.

Fizinės savybės

Be jo cheminės sudėties, fizinės silicio dioksido savybės yra vienodai svarbios. Jis turi būti labai atsparus karščiui ir turėtų kuo labiau sumažinti įtrūkimus, kai įdedant į krosnį keičiasi terminė fazė. Kuo aukštesnė intensyvaus trikdymo pradžios temperatūra, tuo geriau užtikrinti stabilumą aukštos temperatūros krosnies aplinkoje. Be to, SiO2 redukuojamumas yra svarbi charakteristika, kuri lemia, ar silicio dioksidas gali būti sėkmingai redukuojamas į silicio metalą.

Žaliavų klasifikavimas ir naudojimas

Silicio dioksido žaliavų kokybė skiriasi, taip pat ir jų panaudojimas. Aukštos-kokybės kvarcinis smėlis dėl savo grynumo ir kokybės paprastai naudojamas tiesiogiai gaminant aukštos-klasės kvarcinio stiklo gaminius ir netgi gali būti perdirbamas į brangakmenių{{3}kokybės kristalus ir turmalinus ir kt., o silicio dioksidas su šiek tiek žemesnės kokybės, bet turintis didesnes atsargas, geresnes metalo gavybos sąlygas ir mažesnes elektros energijos gamybos sąnaudas aplinkiniame rajone.

Anglies reduktorius

Reduktorių rūšys

Anglies reduktoriai, dažniausiai naudojami silicio metalo lydymosi procese, yra medžio anglis, naftos koksas ir anglis. Šios redukuojančios medžiagos reaguoja su silicio dioksidu aukštoje temperatūroje, kad sumažintų silicį iš silicio dioksido.

Veiklos reikalavimai

Ne visos anglies turinčios medžiagos yra tinkamos naudoti kaip reduktorius, o gamybai taikomi griežti eksploataciniai reikalavimai. Paprastai kalbant, reduktorius turi pasižymėti dideliu fiksuoto anglies kiekiu, mažu pelenų kiekiu, vidutiniu lakiųjų medžiagų kiekiu, maža drėgme, dideliu atsparumu, dideliu reaktyvumu ir tam tikru mechaniniu stiprumu. Tik įvykdę šiuos reikalavimus galime užtikrinti efektyvų silicio dioksido mažinimą lydymosi procese ir tuo pačiu sumažinti priemaišų patekimą, kad sumažėtų vėlesnio nukenksminimo proceso našta.

Lydymo principas ir būdas

Silicio metalo lydymui daugiausia taikomas elektrinės krosnies metodas, ty karboterminis metodas. Pagrindinis principas yra tas, kad elektrinėje lankinėje krosnyje silicio dioksidas (SiO2) chemiškai reaguoja su anglies reduktoriumi. Aukštos temperatūros sąlygomis SiO2 reaguoja su anglimi (C), sudarydamas silicį (Si) ir anglies monoksidą (CO), pagal cheminę lygtį: SiO2 + 2C → Si + 2CO. Šiam procesui reikia tiksliai kontroliuoti temperatūrą ir reakcijos sąlygas, kad būtų galima efektyviai sumažinti silicio kiekį.

Pagrindiniai gamybos procesai

Dozavimas ir maišymas

Dozavimas ir maišymas yra pagrindiniai lydymo etapai. Jie turi būti tiksliai suderinti su silicio dioksido ir anglies reduktorius chemine sudėtimi ir dalelių dydžiu, kad būtų užtikrintas krūvio vienodumas ir stabilumas sudėties ir fizinių savybių požiūriu. Tik vienodas įkrovimas gali užtikrinti stabilią ir efektyvią reakciją elektrinėje krosnyje.

Krosnies įkrovimas ir įkrovimas

Įkrovimo procesas yra griežtai nuoseklus, o įkrova į krosnį įkeliama tam tikru būdu. Palaipsniui nuleidus elektrodus, pradedamas maitinti maitinimas, o srovė palaipsniui didinama pagal reakcijos procesą. Šiame etape operatorius turi atidžiai stebėti visus parametrus, kad būtų užtikrintas sklandus šėrimo procesas ir kad reakcijai įtakos nedarytų srovės anomalijos.

Troškinimas ir rafinavimas

Troškinimas ir rafinavimas yra viso lydymo proceso raktas. Tiksliai reguliuojant elektrinės krosnies įtampą, srovę ir kitus parametrus, temperatūra krosnyje palaikoma tinkamame diapazone, kad SiO2 būtų visiškai redukuota į silicio metalą. Tuo pačiu metu kai kurios priemaišos gali būti efektyviai pašalintos proceso metu, o tai pagerina pradinę silicio metalo kokybę.

Priemaišų atskyrimas

Lydymo metu gautame silicio metale yra tam tikrų priemaišų, kurias reikia toliau tobulinti ir išvalyti. Įprastas būdas yra apdoroti lakiuosius silicio junginius distiliuojant, kad būtų atskirtos priemaišos, taip žymiai pagerinant silicio grynumą, kad būtų patenkinti įvairių pritaikymų poreikiai.

Liejimo procesas

Išgrynintas silicis po priemaišų atskyrimo išliejamas į kietas formas, tokias kaip luitai, blokai ar granulės. Vėliau jis susmulkinamas, sumalamas ir apdorojamas pagal skirtingų pramonės šakų taikymo reikalavimus, kad būtų pagaminti silicio metalo gaminiai, atitinkantys specifikacijas.

Pakavimas ir platinimas

Po formavimo ir apdorojimo gatavi silicio metalo gaminiai bus supakuoti pagal gaminio savybes ir klientų reikalavimus. Po supakavimo šie produktai bus platinami įvairioms pramonės šakoms, pavyzdžiui, elektronikos, metalurgijos, chemijos ir kt., ir naudojami skirtingiems gamybos procesams.

Energijos suvartojimas

Didelis energijos suvartojimas

Silicio metalo gamyba paprastai yra didelės{0}}energijos pramonė, kurioje vidutiniškai sunaudojama 13 000 kWh elektros energijos vienai tonai silicio. Elektrinėse lankinėse krosnyse reikia iki 1800 laipsnių reakcijos temperatūros, kad silicio dioksidas ir anglis redukuotųsi sklandžiai. Dėl to silicio metalo gamyba labai priklauso nuo elektros išteklių, o gamyba dažniausiai vykdoma pakankamai elektros išteklių turinčiose vietose.

Energijos{0}}taupymo priemonės

Siekiant sumažinti energijos suvartojimą, imtasi įvairių priemonių. Jis atrenka aukštos-kokybės silicio dioksido šaltinio rūdas ir anglies reduktorius, turinčius didelį aktyvumą ir mažą pelenų kiekį, kad pagerintų reakcijos efektyvumą iš žaliavos pusės; naudoja pažangias termoelektrines krosnis, kad optimizuotų įrangos veikimą; ir dar labiau sumažina energijos sąnaudas optimizuodamas proceso veikimą, kad būtų sumažintos tokios problemos kaip karštis sustojimas ir nelygūs audiniai, kad būtų sutaupyta energija ir sumažintas energijos suvartojimas.

Žaliavos kokybė

Silicio priemaišų kontrolė

Silicio dioksido žaliavų priemaišų kiekis turi didelę įtaką gamybai. Gaminant aukštos kokybės pramoninį silicio dioksidą, Fe2O3 yra mažiau nei 15 %, Al2O3 – mažiau nei 20 %, CaO – mažiau nei 15 %; jei gaminamas itin aukštos kokybės-pramoninis silicio dioksidas, šių oksidų kontrolės standartai yra griežtesni. Didelis priemaišų kiekis lems krosnies angos lipnų paviršių, prastą pralaidumą, didėjančius šilumos nuostolius ir energijos sąnaudas.

Fizinės silicio dioksido savybės

Silicio dioksido terminis stabilumas ir atsparumas sprogimui yra vienodai svarbūs. Jei silicio dioksido terminis stabilumas yra prastas, lengvai plyšta po kaitinimo, paviršiaus pleiskanojimas, tai rimtai paveiks krosnies pralaidumą, todėl viršutinė krosnies įkrovos dalis susijungs, šiluma negali būti veiksmingai perduodama, o galiausiai žymiai padidėjo energijos suvartojimas. Be to, silicio dioksido dalelių dydis turėtų būti griežtai kontroliuojamas 50 - 120 mm, nes per mažas arba per didelis dalelių dydis turės neigiamos įtakos gamybai.

Nuolat tobulėjant pramoninėms technologijoms, silicio metalo rafinavimo technologija taip pat vystysis energijos taupymo, didelio efektyvumo ir didelio grynumo kryptimi. Ateityje pramonė susidurs su tokiais iššūkiais kaip energijos suvartojimo mažinimas ir produktų grynumo gerinimas, taip pat yra galimybių, pavyzdžiui, technologinės naujovės ir naujų pritaikymo sričių atvėrimas. Dėl nuolatinių technologinių tyrimų ir plėtros bei proceso optimizavimo silicio metalo pramonė tikrai suteiks tvirtesnę paramą šiuolaikinei pramonės plėtrai.