Στο τεράστιο τοπίο της σύγχρονης βιομηχανίας,μέταλλο πυριτίουείναι σαν ένα λαμπερό "βιομηχανικό μαργαριτάρι". Με τη μοναδική απόδοση και την ευρεία εφαρμογή του, διαδραματίζει ζωτικό ρόλο σε πολλούς τομείς. Είτε πρόκειται για την ταχεία ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλεκτρονικών πληροφοριών είτε για τις καινοτόμες ανακαλύψεις στον τομέα της νέας ενέργειας, είναι αδιαχώριστες από την υποστήριξη τουμεταλλικό πυρίτιο.
Χαρακτηριστικά του μεταλλικού πυριτίου
Μέταλλο πυριτίου, επίσης γνωστό ωςβιομηχανικό πυρίτιο, είναι ένα μόνο μέταλλο που περιέχει πυρίτιο (SI). Οι χημικές του ιδιότητες είναι σταθερές και η καθαρότητά του είναι συνήθως πάνω από το 98%. Τα προϊόντα υψηλής ποιότητας μπορούν να φτάσουν ακόμη και το 99,99%.
Από την άποψη των φυσικών ιδιοτήτων, το Silicon Metal έχει μια ασημένια-γκρι μεταλλική λάμψη και μια υψηλή σκληρότητα. Η σκληρότητα του MOHS είναι περίπου 7, η οποία είναι παρόμοια με το χαλαζία, γεγονός που την καθιστά καλή αντίσταση στη φθορά. Το σημείο τήξης του είναι τόσο υψηλό όσο 1414 βαθμούς, και το σημείο βρασμού του είναι τόσο υψηλό όσο 3265 βαθμούς. Αυτό το υψηλό χαρακτηριστικό σημείου τήξης επιτρέπει στο μεταλλικό πυρίτιο να διατηρήσει μια σταθερή φυσική κατάσταση σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, τοποθετώντας τα θεμέλια για την εφαρμογή του στον βιομηχανικό πεδίο υψηλής θερμοκρασίας.
Όσον αφορά τις χημικές ιδιότητες, το μεταλλικό πυρίτιο είναι χημικά ανενεργό σε θερμοκρασία δωματίου, αδιάλυτο σε νερό, νιτρικό οξύ και υδροχλωρικό οξύ, αλλά διαλυτό σε υδροφθορικό οξύ και αλκαλικό διάλυμα. Υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, το μεταλλικό πυρίτιο μπορεί να αντιδράσει χημικά με στοιχεία όπως οξυγόνο, άζωτο και άνθρακα για την παραγωγή διαφόρων πυριτιδίων. Για παράδειγμα, στη διαδικασία παραγωγής χάλυβα, το μεταλλικό πυρίτιο αντιδρά με οξυγόνο για να παράγει διοξείδιο του πυριτίου (Sio₂), επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της αποξείδωσης. Αυτές οι μοναδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες καθιστούν το μεταλλικό πυρίτιο ένα απαραίτητο βασικό υλικό σε πολλές βιομηχανικές παραγωγές.
Διαδικασία παραγωγής μεταλλικού πυριτίου
Η παραγωγή μετάλλου πυριτίου είναι μια πολύπλοκη διαδικασία με υψηλές τεχνικές απαιτήσεις. Η τρέχουσα παραγωγική διαδικασία είναι η ηλεκτρική φούρνου και η διαδικασία παραγωγής της περιλαμβάνει κυρίως τρεις βασικούς δεσμούς: την προετοιμασία πρώτων υλών, την τήξη ηλεκτρικού κλιβάνου, τη διύλιση και τη χύτευση.
(I) Προετοιμασία πρώτων υλών
Οι κύριες πρώτες ύλες για την παραγωγή μετάλλου πυριτίου είναι το διοξείδιο του πυριτίου (περιεκτικότητα σε Sio₂ μεγαλύτερη ή ίση με 97%), με αναγωγικούς παράγοντες άνθρακα (όπως ο οπτάνθρακα, ο ξυλάνθρακας, ο λογοκόλδης κ.λπ.) και το πριονίδι. Το πυρίτιο είναι η κύρια πηγή πυρίτιο και η ποιότητά του επηρεάζει άμεσα την καθαρότητα του μεταλλικού πυριτίου. Ο παράγοντας αναγωγής ανθρακούχων χρησιμοποιείται για τη μείωση του πυριτίου σε πυρίτιο σε υψηλή θερμοκρασία. Η προσθήκη τσιπ ξύλου μπορεί να βελτιώσει τη διαπερατότητα της φόρτισης και να προωθήσει την ομαλή πρόοδο της αντίδρασης. Στο στάδιο της προετοιμασίας πρώτων υλών, το διοξείδιο του πυριτίου πρέπει να συνθλίβεται και να προβλεφθεί για να κάνει το μέγεθός του να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις παραγωγής και η υγρασία, η περιεκτικότητα σε τέφρα και άλλοι δείκτες του ανθρακούχου αναγωγικού παράγοντα ελέγχονται αυστηρά για να εξασφαλιστεί η σταθερότητα της επακόλουθης παραγωγής.
(Ii) Η ηλεκτρική τήξη του φούρνου
Οι προετοιμασμένες πρώτες ύλες αναμιγνύονται σε ένα συγκεκριμένο ποσοστό και προστίθενται στον βυθισμένο φούρνο τόξου. Ο βυθισμένος φούρνος τόξου είναι ένας φούρνος τόξου αντίστασης που εισάγει ένα ισχυρό ρεύμα μέσω του ηλεκτροδίου για να παράγει υψηλή θερμοκρασία (έως 1800-2000 βαθμό). Κάτω από περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, το διοξείδιο του πυριτίου σε πυρίτιο αντιδρά χημικά με τον ανθρακούχο αναγωγικό παράγοντα: Sio₂ + 2 C=Si + 2 CO ↑ και το πυρίτιο μειώνεται. Σε αυτή τη διαδικασία, η θερμοκρασία στον κλίβανο, η θέση του ηλεκτροδίου και η ταχύτητα προσθήκης πρώτων υλών πρέπει να ελέγχονται με ακρίβεια για να διασφαλιστεί ότι η αντίδραση πραγματοποιείται πλήρως και να βελτιώσει την απόδοση και την ποιότητα του μεταλλικού πυριτίου.
(Iii) Διευύση και χύτευση
Το μεταλλικό πυρίτιο που παράγεται από τον ηλεκτρικό κλίβανο περιέχει μια ορισμένη ποσότητα ακαθαρσιών, όπως το σίδηρο, το αλουμίνιο, το ασβέστιο κ.λπ., και πρέπει να βελτιωθεί. Οι συνήθεις μέθοδοι διύλισης περιλαμβάνουν την εξευγενισμό του οξυγόνου και τη χημική διύλιση, η οποία μπορεί να μειώσει το περιεχόμενο της ακαθαρσίας στο μεταλλικό πυρίτιο και να βελτιώσει την καθαρότητα του προϊόντος. Το εκλεπτυσμένο μεταλλικό διάλυμα πυριτίου χύνεται σε ένα συγκεκριμένο καλούπι για χύτευση, και μετά από ψύξη και στερεοποίηση, σχηματίζει ένα μεταλλικό πύργο πυρίτιο, το οποίο κόβεται, συσκευάζεται και τελικά γίνεται προϊόν προς πώληση.
Με τις όλο και πιο αυστηρές απαιτήσεις προστασίας του περιβάλλοντος και τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας, εμφανίστηκαν σταδιακά ορισμένες νέες διαδικασίες παραγωγής. Για παράδειγμα, η χρήση της καθαρής ενέργειας για την αντικατάσταση της παραδοσιακής ορυκτής ενέργειας για τη τήξη, τη χρήση του προηγμένου εξοπλισμού προστασίας του περιβάλλοντος για τη μείωση των εκπομπών ρύπων στη διαδικασία παραγωγής και τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών παραγωγής για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της χρήσης ενέργειας, αυτές οι καινοτόμες διαδικασίες θα προωθήσουν τη βιομηχανία μεταλλικών πυριτίων για την ανάπτυξη προς πράσινη και αποτελεσματική κατεύθυνση.
Πεδία εφαρμογής μεταλλικού πυριτίου
Με τις μοναδικές του ιδιότητες, το μεταλλικό πυρίτιο έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πολλούς τομείς και έχει γίνει ένα σημαντικό βασικό υλικό για την υποστήριξη της ανάπτυξης της σύγχρονης βιομηχανίας.
(I) Ηλεκτρονική βιομηχανία πληροφοριών
Στη βιομηχανία ηλεκτρονικών πληροφοριών, το Silicon Metal είναι η πρώτη ύλη του πυρήνα για την κατασκευή πλακών πυριτίου ημιαγωγού. Τα πλακίδια πυριτίου ημιαγωγών είναι τα βασικά υλικά για ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως τα ολοκληρωμένα κυκλώματα και τα τρανζίστορ και η ποιότητά τους επηρεάζει άμεσα την απόδοση και την αξιοπιστία του ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Μέσα από μια σειρά πολύπλοκων διεργασιών καθαρισμού και επεξεργασίας, το μεταλλικό πυρίτιο καθαρίζεται σε καθαρότητα ημιαγωγού (πάνω από 99,9999999%) για να δημιουργούν ράβδους πυριτίου μονού κρυστάλλου και έπειτα μέσω τεμαχισμού, λείανσης, λείανσης και άλλων διεργασιών, παραγάγονται οι ζάλες ημιαγωγού που πληρούν τις απαιτήσεις. Περίπου το 90% των συσκευών ημιαγωγών και το 95% των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων στον κόσμο χρησιμοποιούν πλακίδια πυριτίου ως βασικά υλικά. Η σημασία της βιομηχανίας πυριτίου στη βιομηχανία ηλεκτρονικών πληροφοριών είναι αυτονόητη.
(Ii) βιομηχανία κράματος αλουμινίου
Το βιομηχανικό πυρίτιο είναι ένα απαραίτητο πρόσθετο στην παραγωγή κραμάτων αλουμινίου. Η προσθήκη κατάλληλης ποσότητας μεταλλικού πυριτίου σε κράματα αλουμινίου μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη δύναμη, τη σκληρότητα, την αντίσταση στη φθορά και την αντίσταση στη διάβρωση του κράματος. Για παράδειγμα, τα κράματα αλουμινίου Al-Si, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία κατασκευής αυτοκινήτων, έχουν καλές ιδιότητες χύτευσης και μηχανικές ιδιότητες προσθέτοντας μεταλλικό πυρίτιο και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή βασικών εξαρτημάτων όπως μπλοκ κινητήρα και τροχούς. Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία, για κάθε τόνο αλουμινίου παραγόμενο, πρέπει να προστεθεί ένας μέσος όρος 0 1-0. Με την ανάπτυξη της ελαφριάς τάσης αυτοκινήτων, η ζήτηση για κράματα αλουμινίου συνεχίζει να αυξάνεται και οι προοπτικές της αγοράς του μεταλλικού πυριτίου στη βιομηχανία αλουμινίου είναι πολύ ευρείες.
(Iii) βιομηχανία σιλικόνης
Το πυρίτιο είναι ένας τύπος ένωσης που περιέχει δεσμούς πυριτίου-άνθρακα, ο οποίος έχει εξαιρετική αντοχή σε υψηλή και χαμηλή θερμοκρασία, αδιάβροχη, αντοχή στη διάβρωση, ηλεκτρική μόνωση και άλλες ιδιότητες. Χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή, τα ηλεκτρονικά, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, τα ιατρικά και άλλα πεδία. Η σιλικόνη είναι μια σημαντική πρώτη ύλη για την παραγωγή σιλικόνης. Αντιδρά με μεθυλοχλωρίδιο για να παράγει μονομερές μεθυλοχλωροσιλανίου και στη συνέχεια υφίσταται υδρόλυση, πολυμερισμό και άλλες διεργασίες για την παραγωγή διαφόρων προϊόντων σιλικόνης, όπως το καουτσούκ σιλικόνης, το λάδι σιλικόνης, η ρητίνη σιλικόνης κ.λπ. Στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών, η κόλλα σιλικόνης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προστασία των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και τη βελτίωση της αξιοπιστίας και της διάρκειας ζωής τους.
(Iv) Φωτοβολταϊκή βιομηχανία
Με την αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση για καθαρή ενέργεια, η φωτοβολταϊκή βιομηχανία έχει οδηγήσει σε μια περίοδο ταχείας ανάπτυξης. Το μεταλλικό πυρίτιο είναι μια σημαντική πρώτη ύλη για την παραγωγή πολυκρυσταλλικού πυριτίου και μονοκρυσταλλικών ηλιακών κυττάρων πυριτίου. Τα ηλιακά κύτταρα παρέχουν στους ανθρώπους καθαρή και ανανεώσιμη ενέργεια μετατρέποντας την ελαφριά ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Στη φωτοβολταϊκή αλυσίδα της βιομηχανίας, το μεταλλικό πυρίτιο καθαρίζεται και εξευγενίζεται για να κατασκευάσει υλικά πολυκρυσταλλικού πυριτίου υψηλής καθαρότητας, τα οποία στη συνέχεια υποβάλλονται σε επεξεργασία σε πλινθώματα πυρίτιο και πλακίδια πυριτίου και τελικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μονάδων ηλιακών κυττάρων. Σύμφωνα με τον Διεθνή Υπηρεσία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (IRENA), η παγκόσμια εγκατεστημένη δυναμικότητα φωτοβολταϊκής θα συνεχίσει να αυξάνεται τα επόμενα χρόνια και η ζήτηση για μεταλλικό πυρίτιο στη φωτοβολταϊκή βιομηχανία θα αυξηθεί σημαντικά.
Το Silicon Metal καταλαμβάνει μια σημαντική θέση στη σύγχρονη βιομηχανία με τα μοναδικά χαρακτηριστικά της, πολύπλοκη παραγωγική διαδικασία και ευρύτατα πεδία εφαρμογών. Με τη συνεχή ανάπτυξη διαφόρων βιομηχανιών και τη συνεχή καινοτομία της τεχνολογίας, η ζήτηση της αγοράς για βιομηχανικό πυρίτιο θα συνεχίσει να επεκτείνεται και τα πεδία εφαρμογής της θα επεκταθούν περαιτέρω.
