Bagaimana logam silikon ditapis

Sebagai bahan asas yang sangat diperlukan dalam sistem besar industri moden, logam silikon digunakan secara meluas dalam banyak bidang utama seperti metalurgi, semikonduktor dan silikon. Daripada membantu meningkatkan prestasi keluli kepada menjadi bahan mentah teras untuk pembuatan cip, kualiti dan hasil logam silikon secara langsung mempengaruhi pembangunan banyak industri hiliran. Dalam artikel ini, kami akan menganalisis proses penapisan logam silikon (silikon industri) dan membongkar misteri pengeluaran daripada bahan mentah kepada produk siap.

Definisi

Logam silikon, juga dikenali sebagai silikon industri atau silikon kristal, adalah satu bentuk monomer silikon dengan nilai perindustrian penting dalam bidang kimia. Oleh kerana pelbagai aplikasinya dalam pengeluaran perindustrian, sebutan berbeza ini digunakan secara meluas dalam industri.

Sistem pengelasan

Logam silikon dikelaskan terutamanya berdasarkan kandungan tiga kekotoran utama: besi, aluminium dan kalsium. Pengelasan ini dicerminkan oleh nombor tertentu, contohnya, gred "553" logam silikon mewakili 5% besi, 5% aluminium, dan 3% kalsium, manakala "3303" bermaksud 3% besi, 3% aluminium, dan 0.3% kalsium. Industri telah dapat mencapai ini melalui peraturan penomboran yang jelas. Melalui peraturan penomboran yang jelas ini, industri boleh menentukan dengan cepat keadaan kekotoran dan tahap kualiti logam silikon.

Peratusan aplikasi hiliran

Logam silikon mempunyai pelbagai aplikasi hiliran, dan perkadarannya berbeza-beza dalam bidang yang berbeza. Antaranya, 30.28% digunakan untuk pengeluaran polysilicon, yang berfungsi untuk industri semikonduktor dan tenaga suria; 26.82% ditapis menjadi silikon gred-logam, yang digunakan untuk pembuatan aloi aluminium; dan 38.03% diperhalusi lagi melalui proses hidrometalurgi menjadi silikon gred-kimia, yang digunakan untuk pengeluaran getah silikon dan silan. Aplikasi yang berbeza memerlukan kandungan ketulenan dan kekotoran yang berbeza bagi logam silikon, yang menentukan perbezaan dalam proses penapisan.

Silika, bahan mentah teras

Keperluan komposisi

Silika, sebagai bahan mentah teras untuk pengeluaran logam silikon, tertakluk kepada piawaian komposisi yang ketat. Pengeluaran industri memerlukan kandungan SiO2 silika mestilah Lebih besar daripada atau sama dengan 99%, manakala Fe2O3 Kurang daripada atau sama dengan 0.15%, Al2O3 < 0.2%, CaO < 0.1%, dan jumlah kekotoran sebaiknya < 0.6%. Kandungan kekotoran yang berlebihan secara langsung akan menjejaskan proses peleburan, meningkatkan penggunaan tenaga malah mengurangkan kualiti logam silikon.

Sifat Fizikal

Sebagai tambahan kepada komposisi kimianya, sifat fizikal silika adalah sama kritikal. Ia perlu sangat tahan terhadap haba dan harus meminimumkan keretakan apabila tertakluk kepada perubahan fasa haba apabila ditambah ke dalam relau. Lebih tinggi suhu permulaan untuk gangguan sengit, lebih baik, untuk memastikan kestabilan dalam persekitaran suhu tinggi relau. Di samping itu, kebolehurangan SiO2 adalah ciri penting yang menentukan sama ada silika boleh berjaya dikurangkan kepada logam silikon.

Pengelasan dan penggunaan bahan mentah

Kualiti bahan mentah silika berbeza-beza, dan begitu juga penggunaannya. Pasir kuarza{1}berkualiti tinggi, kerana ketulenan dan kualitinya, biasanya digunakan secara langsung dalam pengeluaran produk kaca kuarza gred tinggi-malah boleh diproses menjadi kristal dan turmalin berkualiti tinggi-permata, dsb., manakala silika dengan gred yang lebih rendah sedikit, tetapi dengan rizab yang lebih besar, keadaan perlombongan yang lebih baik dan kos elektrik yang lebih rendah di kawasan sekitarnya, adalah lebih sesuai untuk penghasilan logam silikon.

Reduktor berkarbon

Jenis agen pengurangan

Reduktor karbon yang biasa digunakan dalam proses peleburan logam silikon termasuk arang, kok petroleum dan arang batu. Agen pengurangan ini bertindak balas dengan silika pada suhu tinggi untuk mengurangkan silikon daripada silika.

Keperluan prestasi

Tidak semua bahan berkarbon sesuai untuk digunakan sebagai agen pengurangan, dan pengeluaran mempunyai keperluan prestasi yang ketat. Secara umumnya, reduktor perlu dicirikan oleh karbon tetap tinggi, abu rendah, bahan meruap sederhana, kelembapan rendah, kerintangan tinggi, kereaktifan tinggi dan kekuatan mekanikal tertentu. Hanya dengan memenuhi keperluan ini kita boleh memastikan pengurangan silika yang berkesan dalam proses peleburan, dan pada masa yang sama, mengurangkan pengenalan kekotoran, supaya dapat mengurangkan beban proses penyahcemaran berikutnya.

Prinsip dan kaedah peleburan

Peleburan logam silikon terutamanya menggunakan kaedah relau elektrik, iaitu kaedah karboterma. Prinsip teras ialah dalam relau arka elektrik, silika (SiO2) bertindak balas secara kimia dengan agen penurun karbon. Di bawah keadaan suhu tinggi, SiO2 bertindak balas dengan karbon (C) untuk membentuk silikon (Si) dan karbon monoksida (CO), dengan persamaan kimia: SiO2 + 2C → Si + 2CO. Proses ini memerlukan kawalan yang tepat terhadap suhu dan keadaan tindak balas untuk merealisasikan pengurangan silikon yang cekap.

Proses Pengeluaran Utama

Dos dan Pengadunan

Dos dan pencampuran adalah peringkat asas peleburan. Ia perlu dipadankan dengan tepat dengan komposisi kimia dan saiz zarah silika dan reduktor karbon untuk memastikan keseragaman dan kestabilan cas dari segi komposisi dan sifat fizikal. Hanya cas seragam boleh merealisasikan tindak balas yang stabil dan cekap dalam relau elektrik.

Pengecasan dan Pengecasan Relau

Proses pengecasan adalah berurutan dan cas dimasukkan ke dalam relau dengan cara tertentu. Dengan penurunan beransur-ansur elektrod, bekalan kuasa dimulakan dan arus meningkat secara beransur-ansur mengikut proses tindak balas. Peringkat ini memerlukan pengendali memberi perhatian yang teliti kepada semua parameter untuk memastikan proses penyusuan berjalan lancar dan tindak balas tidak dipengaruhi oleh keabnormalan dalam arus.

Merebus dan memurnikan

Stewing dan penapisan adalah kunci kepada keseluruhan proses peleburan. Dengan melaraskan voltan, arus dan parameter lain relau elektrik dengan tepat, suhu di dalam relau dikekalkan dalam julat yang sesuai untuk memastikan SiO2 dikurangkan sepenuhnya kepada logam silikon. Pada masa yang sama, beberapa kekotoran boleh dikeluarkan dengan berkesan semasa proses, yang meningkatkan kualiti awal logam silikon.

Pengasingan kekotoran

Logam silikon yang diperoleh daripada peleburan mengandungi kekotoran tertentu, yang perlu ditapis dan disucikan lagi. Kaedah biasa ialah merawat sebatian silikon yang meruap melalui penyulingan untuk mengasingkan kekotoran, dengan itu meningkatkan ketulenan silikon dengan ketara untuk memenuhi keperluan aplikasi yang berbeza.

Proses Pengacuan

Silikon tulen selepas pengasingan kekotoran dibuang ke dalam bentuk pepejal seperti jongkong, bongkah atau pelet. Selepas itu, ia dihancurkan, dikisar dan diproses mengikut keperluan aplikasi industri yang berbeza untuk membuat produk logam silikon yang memenuhi spesifikasi.

Pembungkusan dan Pengedaran

Selepas pengacuan dan pemprosesan, produk logam silikon siap akan dibungkus mengikut ciri produk dan keperluan pelanggan. Selepas pembungkusan, produk ini akan diedarkan kepada pelbagai industri seperti elektronik, metalurgi, bahan kimia, dll., dan dimasukkan ke dalam proses pengeluaran yang berbeza.

Penggunaan tenaga

Penggunaan tenaga yang tinggi

Pengeluaran logam silikon lazimnya ialah industri-tenaga tinggi, dengan purata penggunaan elektrik sebanyak 13,000kwj setiap tan silikon. Dalam relau arka elektrik, suhu tindak balas sehingga 1800 darjah diperlukan untuk memastikan pengurangan silika dan karbon berlaku dengan lancar. Ini menjadikan pengeluaran logam silikon sangat bergantung kepada sumber elektrik, dan pengeluaran biasanya dijalankan di kawasan yang mempunyai sumber elektrik yang mencukupi.

Langkah penjimatan tenaga-

Pelbagai langkah telah diambil untuk mengurangkan penggunaan tenaga. Ia memilih-bijih sumber silika berkualiti tinggi dan reduktor berkarbonat dengan aktiviti tinggi dan kandungan abu yang rendah untuk meningkatkan kecekapan tindak balas daripada bahagian bahan mentah; mengguna pakai relau termoelektrik termaju untuk mengoptimumkan prestasi peralatan; dan seterusnya mengurangkan penggunaan tenaga dengan mengoptimumkan operasi proses untuk mengurangkan masalah seperti hentian panas dan fabrik tidak rata, supaya mencapai penjimatan tenaga dan pengurangan penggunaan tenaga.

Kualiti bahan mentah

Kawalan kekotoran silika

Kandungan kekotoran bahan mentah silika mempunyai kesan yang ketara ke atas pengeluaran. Apabila menghasilkan-silika industri berkualiti tinggi, Fe2O3 kurang daripada 15%, Al2O3 kurang daripada 20%, CaO kurang daripada 15%; jika menghasilkan silika industri-berkualiti super tinggi, standard kawalan oksida ini adalah lebih ketat. Kandungan kekotoran yang tinggi akan menyebabkan permukaan bahan melekit mulut relau, kebolehtelapan yang lemah, peningkatan kehilangan haba dan penggunaan kuasa.

Sifat fizikal silika

Kestabilan haba dan rintangan letupan silika adalah sama penting. Jika kestabilan haba silika adalah lemah, mudah pecah selepas pemanasan, permukaan mengelupas, akan menjejaskan kebolehtelapan relau dengan serius, mengakibatkan bahagian atas ikatan caj relau, haba tidak dapat dipindahkan dengan berkesan, dan akhirnya, penggunaan kuasa meningkat dengan ketara. Selain itu, saiz zarah silika hendaklah dikawal ketat pada 50 - 120mm, saiz zarah yang terlalu kecil atau terlalu besar akan memberi kesan negatif kepada pengeluaran.

Dengan kemajuan berterusan teknologi perindustrian, teknologi penapisan logam silikon juga akan berkembang ke arah penjimatan tenaga, kecekapan tinggi dan ketulenan tinggi. Pada masa hadapan, industri akan menghadapi cabaran seperti mengurangkan penggunaan tenaga dan meningkatkan ketulenan produk, dan terdapat juga peluang seperti inovasi teknologi dan membuka bidang aplikasi baharu. Melalui penyelidikan dan pembangunan teknologi yang berterusan dan pengoptimuman proses, industri logam silikon pasti akan memberikan sokongan yang lebih padu untuk pembangunan industri moden.