چیستسیلیکون فلزی?

 

سیلیکون فلزی، همچنین به عنوان شناخته شده استسیلیکون متال, سیلیکون صنعتی، یاسیلیکون متالورژی، یک ماده صنعتی-با خلوص بالا است که با کاهش تولید می شودکوارتز (SiO2)با عوامل کاهنده کربن در الفکوره قوس زیر آب. بسته به درجه تولید، محتوای سیلیکون (Si) آن به طور کلی از محدوده متفاوت است98% تا بیش از 99.9%، در حالی که ناخالصی هایی مانندآهن (آهن), آلومینیوم (Al)، وکلسیم (Ca)برای برآوردن نیازهای مختلف صنعتی به شدت کنترل می شوند.

بر خلاففروسیلیسکه حاوی مقدار قابل توجهی آهن است،سیلیکون فلزیتقریباً به طور کامل از سیلیکون عنصری تشکیل شده است. این خلوص بالاتر به آن اجازه می دهد تا به عنوان یک ماده خام حیاتی برای صنایعی باشد که به ترکیب شیمیایی دقیق و خواص فیزیکی ثابت نیاز دارند.

امروز،سیلیکون فلزیبه عنوان یکی از مهم ترین مواد صنعتی در سراسر جهان شناخته می شود. از طیف گسترده ای از بخش ها پشتیبانی می کند، از جملهتولید آلیاژ آلومینیوم, تولید سیلیکون, ساخت نیمه هادی, انرژی فتوولتائیک خورشیدی, مواد الکترونیکی, پردازش شیمیایی، وساخت پیشرفته. با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی های تجدیدپذیر و محصولات الکترونیکی با کارایی بالا، اهمیت استراتژیکسیلیکون صنعتیبزرگتر از همیشه شده است.

چرا سیلیکون فلزی «فلز» نامیده می‌شود، اگرچه اینطور نیست؟

از منظر علمی،سیلیکون فلزیبه عنوان یک طبقه بندی می شودمتالوئیدبه جای یک فلز واقعی ویژگی‌های فلزات و غیر فلزات را نشان می‌دهد و در بین مواد صنعتی منحصربه‌فرد است.

به عنوان مثال،سیلیکون متالعالی داردپایداری حرارتی، نسبتاً بالاهدایت حرارتیو مقاومت قوی در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا. در عین حال، ساختار اتمی آن به آن خواص نیمه هادی می دهد که در فلزات مهندسی معمولی مانند آهن، آلومینیوم یا مس یافت نمی شود.

این ترکیب از خواص را قادر می سازدسیلیکون فلزیبرای پل زدن دو صنعت کاملا متفاوت. در متالورژی، به عنوان یک ماده آلیاژی عمل می کند که استحکام، سیالیت و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می بخشد. در الکترونیک، سیلیکون خالص شده پایه و اساس می شودمدارهای مجتمع, ریزپردازنده ها, دستگاه های قدرت، وسلول های خورشیدی.

نام های مختلف برای فلز سیلیکون

اصطلاحات مورد استفاده برایسیلیکون فلزیدر کشورها، صنایع و اسناد فنی متفاوت است. درک این نام ها به خریداران، مهندسان و متخصصان تدارکات کمک می کند تا مشخصات را با دقت بیشتری تفسیر کنند.

چرا سیلیکون فلزی به عنوان یک ماده صنعتی استراتژیک در نظر گرفته می شود؟

در طول دو دهه گذشته،سیلیکون فلزیاز یک ماده متالورژی معمولی به یک منبع استراتژیک برای حمایت از توسعه صنعتی جهانی تبدیل شده است. به عنوان نقطه شروع برای تولید عمل می کندپلیمرهای سیلیکونی, پلی سیلیکون, ویفرهای سیلیکونی تک-کریستالی, سیلیکون درجه الکترونیک-و چندین ترکیب سیلیکونی با ارزش-.

گسترش سریعوسایل نقلیه الکتریکی, انرژی های تجدید پذیر, ارتباطات 5G, هوش مصنوعی، وفن آوری های ذخیره سازی انرژیتقاضای جهانی را به میزان قابل توجهی افزایش داده استسیلیکون صنعتی. در نتیجه، کشورها و تولیدکنندگان در زنجیره تامین پایدار، فن‌آوری‌های تولید پاک‌تر و مواد سیلیکونی با خلوص{{1} بیشتر سرمایه‌گذاری می‌کنند.

سیلیکون فلزی چگونه تولید می شود؟

تولید ازسیلیکون فلزیمبتنی بر دمای-بالا استکاهش کربوترمیکفرآیند به عبارت ساده، اکسیژن از آن خارج می شودکوارتز (SiO2)با واکنش آن با کربن در دماهای بسیار بالا و بر جای گذاشتن سیلیکون عنصری.

تجاریسیلیکون فلزیتقریباً به طور انحصاری در a تولید می شودکوره قوس زیر آب (SAF)، که در آن انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می شود. در داخل کوره، دما معمولاً از1800 درجه تا بیش از 2000 درجه، ایجاد شرایط لازم برای تبدیل سیلیس به سیلیسیم مذاب.

اگرچه این اصل ساده است، اما کیفیت-بالا تولید می کندسیلیکون متالنیاز به کنترل دقیق مواد خام، عملکرد کوره، مصرف انرژی و سطوح ناخالصی دارد. حتی تغییرات کوچک در فرآیند تولید می تواند بر غلظت آن تأثیر بگذاردآهن (آهن), آلومینیوم (Al)، وکلسیم (Ca)، که در نهایت درجه نهایی محصول را مشخص می کند.

مواد اولیه اصلی مورد استفاده در تولید سیلیکون فلزی

کیفیت ازسیلیکون فلزیبا انتخاب مواد اولیه شروع می شود. هر ماده در طول واکنش کاهش، هدف خاصی را انجام می دهد و مستقیماً بر راندمان تولید، بازیابی سیلیکون و خلوص محصول تأثیر می گذارد.

مواد اولیه اولیه شامل:

• کوارتز- منبع اصلی سیلیکون، نیاز به محتوای SiO2 بالا و سطوح ناخالصی کم.
• کک نفتی- کربن را برای واکنش کاهش فراهم می کند و خواص شیمیایی پایداری را ارائه می دهد.
• زغال سنگ- به حفظ تعادل کربن مورد نیاز در داخل کوره کمک می کند.
• زغال چوب- به دلیل ساختار متخلخل آن، نفوذپذیری کوره و راندمان واکنش را بهبود می بخشد.
• تراشه های چوب- افزایش گردش گاز در داخل کوره و کمک به تثبیت بار.

انتخاب دقیق و تناسب این مواد برای تولید یکنواخت ضروری استسیلیکون صنعتیبا بازیابی سیلیکون بالا و محتوای ناخالصی کم.

واکنش شیمیایی پایه

واکنش اصلی درسیلیکون فلزیتولید را می توان به صورت زیر ساده کرد:

SiO₂ + 2C → Si + 2CO↑

در واقع، فرآیند کاهش شامل واکنش‌های میانی متعدد و تشکیل کاربید سیلیکون است.SiC) قبل از اینکه سیلیکون مذاب در نهایت تولید شود. دما، اتمسفر کوره و کیفیت مواد خام همگی بر کارایی این واکنش ها تأثیر می گذارند.

مدرنسیلیکون فلزیتولیدکنندگان به طور مداوم شرایط کوره را برای به حداکثر رساندن بازده سیلیکون و در عین حال کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای بهینه می کنند.

چرا از کوره قوس زیر آب استفاده می شود؟

A کوره قوس زیر آباستاندارد صنعت در نظر گرفته می شود زیرا می تواند دمای بسیار بالایی را برای کاهش سیلیکون ایجاد کند و در عین حال تولید مداوم را حفظ کند.

در مقایسه با کوره های معمولی، الفSAFبهره وری بالاتر، بهره وری انرژی بهتر، شرایط عملیاتی پایدارتر و کنترل بهتر بر کیفیت محصول را ارائه می دهد. ظرفیت‌های کوره‌ها از واحدهای صنعتی کوچک تا سیستم‌های-در مقیاس بزرگ که قادر به تولید صدها هزار تن هستند متفاوت است.سیلیکون فلزیهر سال

فرآیند تولید سیلیکون فلزی مرحله به مرحله

مرحله 1 - انتخاب مواد اولیه با کیفیت{1}

کیفیت ازسیلیکون فلزیمدتها قبل از شروع فرآیند ذوب شروع می شود. انتخاب مواد اولیه مناسب یکی از مهمترین عوامل موثر بر بازیابی سیلیکون، مصرف انرژی، کنترل ناخالصی و کیفیت کلی محصول است.

درجه-بالاکوارتزمنبع اصلی سیلیکون است و باید حاوی درصد بالایی ازSiO2با حداقل سطوح آهن، آلومینیوم، فسفر و سایر ناخالصی های ناخواسته. عوامل کاهنده کربن از جملهکک نفتی, زغال چوب، و نمرات انتخاب شده اززغال سنگ، با دقت انتخاب می شوند تا کربن ثابت کافی را در حالی که نفوذ پذیری کوره را حفظ می کنند، فراهم کنند.

مواد اولیه معمولاً قبل از ورود به تولید، خشک، غربال شده و بر اساس اندازه ذرات طبقه بندی می شوند. اندازه ثابت گردش گاز در داخل کوره را بهبود می بخشد، واکنش های شیمیایی پایدار را ترویج می کند و به تولید کمک می کند.سیلیکون متالبا کیفیت یکنواخت

مرحله 2 - شارژ کردن کوره

پس از آماده شدن مواد اولیه، آنها را به داخل شارژ می کنندکوره قوس زیر آببا توجه به یک نسبت دقیق محاسبه شده حفظ ترکیب بار صحیح برای عملکرد پایدار کوره و تولید کارآمد سیلیکون ضروری است.

در طول عملیات، مواد خام تازه به طور مداوم از بالای کوره در حالی که مذاب هستند اضافه می شودسیلیکون فلزیبه تدریج در پایین تجمع می یابد. این فرآیند شارژ مداوم به حفظ یک منطقه واکنش پایدار کمک می کند و از تولید بی وقفه پشتیبانی می کند.

تأسیسات تولید مدرن اغلب از سیستم‌های توزین و تغذیه خودکار برای بهبود دقت، کاهش شدت کار و اطمینان از کیفیت ثابت محصول استفاده می‌کنند.

مرحله 3 - ذوب{1}در دمای بالا

در داخل کوره، جریان الکتریکی از الکترودهای گرافیتی عبور می کند و دمای بیش از حد تولید می کند2000 درجه. در این دماها،کوارتزبا کربن واکنش می دهد و سیلیکون مذاب را از طریق یک سری واکنش های کاهش پیچیده تولید می کند.

فرآیند ذوب به دقت نظارت می شود زیرا نوسانات دما، موقعیت الکترود، فشار کوره و توزیع مواد خام همگی بر کیفیت نهایی تأثیر می گذارند.سیلیکون صنعتی.

اپراتورهای مجرب کوره به طور مداوم توان الکتریکی، نرخ تغذیه مواد خام و عمق الکترود را برای حفظ شرایط عملیاتی بهینه تنظیم می کنند.

مرحله 4 - ضربه زدن به سیلیکون مذاب

پس از اینکه سیلیکون مذاب کافی در داخل کوره انباشته شد، عملیات ضربه زدن آغاز می شود. کارگران سوراخ ضربه را باز می کنند و اجازه مذاب می دهندسیلیکون فلزیبه داخل ملاقه‌های نسوز یا قالب‌های ریخته‌گری-خط‌دار جریان یابد.

فرآیند ضربه زدن نیاز به کنترل دقیق دما و زمان بندی دقیق دارد. ضربه زدن مناسب به کاهش اکسیداسیون، به حداقل رساندن اتلاف سیلیکون و بهبود راندمان کلی تولید کمک می کند.

پس از اتمام عملیات کوبش، کوره بدون وقفه به کار خود ادامه می دهد و اجازه می دهد چرخه تولید دیگری بلافاصله شروع شود.

مرحله 5 - خنک سازی و انجماد

تازه ضربه خوردهسیلیکون فلزیاجازه داده می شود تا به طور طبیعی تحت شرایط کنترل شده خنک شود. با کاهش دما، سیلیکون مذاب به شکل بلوک های بزرگ با ظاهر خاکستری فلزی جامد می شود.

خنک سازی کنترل شده مهم است زیرا استرس حرارتی بیش از حد ممکن است ترک های داخلی ایجاد کند یا یکپارچگی مکانیکی را کاهش دهد. تولید کنندگان مختلف ممکن است بسته به ظرفیت تولید و مشخصات محصول از روش های خنک کننده متفاوتی استفاده کنند.

مرحله 6 - خرد کردن و اندازه 

خرد کردن و اندازه

پس از خنک شدن، بلوک های بزرگ ازسیلیکون فلزیبه خط خرد کردن منتقل می شوند، جایی که به قطعات کوچکتر مناسب برای حمل و نقل و پردازش پایین دست تقسیم می شوند. بسته به نیاز مشتری، مواد ممکن است قبل از رسیدن به اندازه ذرات مورد نظر از چندین مرحله خرد شدن عبور کنند.

سپس از تجهیزات غربالگری برای جداسازی کسری با اندازه های مختلف استفاده می شود. اندازه های تجاری رایج شامل0-10 میلی متر, 10-50 میلی متر, 10-100 میلی متر, 20-80 میلی متر، و مشخصات سفارشی برای صنایع خاص. اندازه ذرات یکنواخت باعث بهبود کارایی جابجایی، عملکرد ذوب و قوام در طول تولید می شود.

فرآیند خرد کردن و اندازه گیری همچنین به حذف قطعات بزرگ و ریزدانه های بیش از حد کمک می کند و تضمین می کند که نهاییسیلیکون متالمطابق با مشخصات مشتری و استانداردهای کیفیت بین المللی است.

مرحله 7 - تجزیه و تحلیل شیمیایی و بازرسی کیفیت

تجزیه و تحلیل شیمیایی و بازرسی کیفیت

قبل از حمل و نقل، هر دسته ازسیلیکون صنعتیتحت بازرسی کیفیت جامع قرار می گیرد. ترکیب شیمیایی برای تعیین محتوای آن تجزیه و تحلیل می شودسیلیکون (Si)و همچنین عناصر ناخالصی مانندآهن (آهن), آلومینیوم (Al), کلسیم (Ca), فسفر (P)، وتیتانیوم (Ti).

سازندگان مدرن معمولا از ابزار آزمایشگاهی مانندفلورسانس اشعه ایکس-(XRF), پلاسمای جفت شده القایی (ICP)تجزیه و تحلیل و تجهیزات تست اندازه ذرات برای تأیید مشخصات محصول. این تست ها به اطمینان حاصل می شود که هر دسته از درجه مورد نیاز برخوردار است، خواه این باشدفلز سیلیکون 553, 441, 421, 3303، یا مشخصات دیگری.

علاوه بر تجزیه و تحلیل شیمیایی، بازرسی بصری، اندازه گیری رطوبت و بررسی بسته بندی اغلب برای حفظ کیفیت محصول ثابت در سراسر زنجیره تامین انجام می شود.

مرحله 8 - بسته بندی و ذخیره سازی

بسته بندی و ذخیره سازی

پس از اتمام بازرسی کیفیت،سیلیکون فلزیبا توجه به نیاز مشتری و استانداردهای حمل و نقل بین المللی بسته بندی می شود. گزینه های بسته بندی استاندارد شاملکیسه های 25 کیلویی, جامبو بگ های 1 تنیبسته بندی پالت شده و راه حل های صادراتی سفارشی.

برای حفظ کیفیت محصول،سیلیکون متالباید در یک محیط خشک و{0}}خوش تهویه به دور از رطوبت بیش از حد و آلاینده ها نگهداری شود. اگرچه سیلیکون عنصری در شرایط عادی از نظر شیمیایی پایدار است، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آب و محیط‌های مرطوب ممکن است بر یکپارچگی بسته‌بندی و کارآیی جابجایی تأثیر بگذارد.

بسته بندی و نگهداری مناسب باعث کاهش تلفات مواد در حین حمل و نقل می شود و به اطمینان از رسیدن محصول در شرایط عالی کمک می کند.

از کوارتز خام تا سیلیکون فلزی{0} با خلوص بالا

از مواد اولیه تا محصول نهایی

تولید ازسیلیکون فلزییک فرآیند پیوسته است که ترکیبی از آماده سازی مواد خام، ذوب{0}در دمای بالا، کنترل کیفیت و مدیریت تدارکات است. هر مرحله بر خلوص، نرخ بازیابی، بازده انرژی و ارزش تجاری محصول نهایی تأثیر می گذارد.

همانطور که فناوری همچنان در حال پیشرفت است، مدرن استسیلیکون متالتولیدکنندگان در حال سرمایه‌گذاری در کوره‌های{0}}کارآمد انرژی، سیستم‌های کنترل فرآیند هوشمند، و روش‌های تولید سازگار با محیط زیست هستند. این پیشرفت‌ها به تولید{2}}کیفیت بالاتر کمک می‌کنندسیلیکون صنعتیضمن اینکه مصرف انرژی و اثرات زیست محیطی را کاهش می دهد.