Bagaimana Logam Silikon Dibuat? Daripada Kuarza kepada Metalurgi-Gred Silikon

Apakah Logam Silikon?

Logam silikon, juga dipanggil silikon gred-logam (MG-Si) atau silikon industri, ialah produk unsur separa-logam dengan kandungan silikon kira-kira 98-99.7%. Ia ialah bahan asas untuk aloi silikon-aluminium, polimer silikon, silikon gred elektronik dan polisilikon fotovoltaik. Tidak seperti ferrosilicon, yang mengandungi besi, logam silikon pada asasnya adalah silikon unsur tulen dengan kekotoran surih.

Bahan Mentah dan Penyediaan

Pengeluaran bermula dengan-kuarsa ketulenan tinggi atau kuarzit yang mengandungi besi, aluminium dan kalsium yang sangat rendah. Penurun karbon ialah campuran kok petroleum, arang, dan arang batu yang dipilih untuk memberikan profil kereaktifan dan kekotoran yang betul. Kuarza dibasuh, dihancurkan, dan bersaiz, dan reduktor dikeringkan dan dicampur. Kualiti bahan mentah ialah titik kawalan pertama: kekotoran dalam suapan sebahagian besarnya berakhir di dalam produk.

Peleburan dalam Relau Arka Elektrik yang Terendam

Caj bercampur dimasukkan secara berterusan ke dalam relau arka elektrik yang tenggelam dengan tiga-elektrod fasa. Relau beroperasi pada suhu melebihi 1800 darjah, dan tindak balas teras ialah pengurangan karbotermik silika:

SiO2 + 2C=Si + 2CO

Silikon cecair terkumpul di bahagian bawah relau dan ditoreh secara berkala, manakala karbon monoksida dibakar atau diperoleh semula. Penggunaan kuasa ialah kos operasi yang dominan, biasanya dalam julat 11,000-13,000 kWj setiap tan silikon bergantung pada kecekapan relau dan bahan mentah.

Penapisan, Pemutus dan Pengukuran

Silikon yang diketuk mengandungi aluminium, kalsium dan besi terlarut. Penapisan dilakukan dengan oksigen atau lancing udara dengan tambahan fluks, yang mengoksidakan aluminium dan kalsium menjadi sanga boleh tanggal; besi dikawal terutamanya melalui pemilihan bahan mentah. Logam yang ditapis dibuang ke dalam jongkong atau papak berterusan, disejukkan, dihancurkan, dan disaring ke dalam saiz produk seperti ketulan, butiran atau serbuk 10-100 mm. Pengasingan magnet mengeluarkan sebarang pikap besi logam daripada peralatan penghancuran.

Sistem Gred dan Spesifikasi

Gred	Fe maks	Al max	Ca maks	Si min
553	0.5%	0.5%	0.3%	98.5%
441	0.4%	0.4%	0.1%	99.0%
3303	0.3%	0.3%	0.03%	99.3%
2202	0.2%	0.2%	0.02%	99.5%

Permohonan Gred Berbeza

Gred 553: pengaloian aluminium am dan bahan mentah silikon.

Gred 441: aloi tuang dengan had besi dan proses kimia yang lebih ketat.

Gred 3303 dan 2202: aplikasi aluminium dan kimia bernilai-lebih tinggi, dan menaik taraf bahan suapan ke arah ketulenan fotovoltaik.

Bagaimana Kualiti Dikawal di Kilang

Loji pengeluar mengawal kualiti pada tiga peringkat: analisis bahan mentah masuk, parameter operasi relau (input kuasa, baki suapan, jadual penorehan) dan ujian produk akhir oleh XRF atau kimia basah pada setiap lot. Sijil analisis melaporkan silikon, besi, aluminium, kalsium dan unsur tambahan seperti fosforus dan boron apabila diperlukan. Pembeli harus meminta ujian lot, menentukan peraturan pensampelan dan mengesahkan taburan saiz zarah semasa ketibaan.

Soalan Lazim

1. Apakah perbezaan antara logam silikon dan ferrosilikon?

Ferrosilikon ialah aloi silikon-besi (biasanya 15-90% silikon dengan besi sebagai neraca) yang digunakan terutamanya untuk penyahoksidaan keluli dan inokulasi besi nodular. Logam silikon adalah silikon yang hampir tulen dan digunakan di mana besi tidak boleh dimasukkan, seperti aloi aluminium dan silikon.

2. Mengapakah pengeluaran logam silikon begitu tenaga-intensif?

Pengurangan karbotermik kuarza memerlukan suhu melebihi 1800 darjah yang dikekalkan secara elektrik. Kebanyakan tenaga digunakan oleh tindak balas pengurangan itu sendiri dan oleh kehilangan haba relau, itulah sebabnya kos elektrik sebahagian besarnya menentukan daya saing kawasan pengeluaran.

3. Bolehkah saya menggunakan gred 553 untuk aplikasi gred-kimia?

Untuk kebanyakan proses silikon, 553 atau 441 adalah sesuai. Walau bagaimanapun, spesifikasi gred-kimia juga mengawal fosforus dan boron, jadi sahkan analisis penuh dengan pengeluar dan bukannya bergantung pada gred tiga-digit sahaja.

4. Apakah saiz zarah yang perlu saya pesan?

Ketulan tambahan relau sut 10-100 mm dalam loji aluminium; butiran suapan dawai sut 0.2-6 mm dan dos kimia. Sahkan had denda dalam kontrak supaya pengedaran saiz sepadan dengan peralatan anda.

5. Bagaimanakah cara saya mengesahkan kualiti lot yang dihantar?

Bandingkan sijil analisis dengan kontrak, periksa pengedaran saiz dengan saringan, dan jika perlu lakukan ujian bebas. Simpan sampel yang disimpan bermeterai dari setiap lot untuk penyelesaian pertikaian.