基础材料 | 金属硅(工业硅)是怎样炼成的(一)

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金属硅(工业硅)是怎样炼成的(一)

        金属硅又称工业硅或结晶硅,通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。其主要用途是作为非铁基合金的添加剂和生产半导体硅、有机硅的起始原料。在我国,金属硅通常按其所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。按照金属硅中铁、铝、钙的百分比含量,金属硅可分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。(关于金属硅编号来源:第一和第二的代号为铁和铝的百分比含量,第三和第四两位代表钙的含量。例如553代表其中的铁铝钙的含量为5%、5%、3%;3303代表其中铁铝钙的含量为3%、3%、0.3%)。

 

既然金属硅可以影响到我们生活的方方面面,那么问题来了,金属硅是从哪儿来的呢?我们日常所看到的沙子就是金属硅的前身吗?

 

        首先我们来看看金属硅的生产过程。金属硅生产采用碳热法,即用硅石、碳质还原剂在矿热炉内进行冶炼的方法,样制得的硅纯度为97%~98%,这样的硅一般可以用在冶金用途。如果要得到更高品级的硅,则需再将其精炼除去杂质,得到纯度为99.7%~99.8%的金属硅。以石英砂为原料冶炼金属硅,包括石英砂制块、配制炉料和矿热炉冶炼几个步骤。一般来说,优质的石英砂会直接用于生产高档的石英玻璃制品,甚至被加工成宝石级别的如水晶,碧玺等制品。等级稍差但储量较大,开采条件稍好,周围电力较为便宜的则适合生产金属硅。目前,中国生产金属硅的碳热法的生产工艺路线:普遍采用的是以硅石为原料,石油焦、木炭、木片、低灰煤等为还原剂,在矿热电炉中高温熔炼,从硅石中还原出金属硅,其为无渣埋弧高温熔炼过程。

 

 

        因此,虽然金属硅是从硅石中提炼出来的,但是并不是所有的硅石都适合制作金属硅。我们日常所见的普通用砂并不是金属硅的真正原料,而是上述所说的工业生产所用到的石英砂,并且经历了多步反应才完成从沙子到金属硅的蜕变。

 

最后,给大家涨知识啦,金属硅生产常用名词中英文对照如下所示:

原料及反应中间产物 raw materials

石英(硅石)Quartz

黑色材料Black materials

木屑 Wood chips

电极 Electrodes

添加剂Additives

碳化硅 Silicon carbide

一氧化硅 Silicon monooxide

二氧化碳 Carbon dioxide

一氧化碳 Carbon monooxide

炭 Carbon

硅微粉 Silica fume (microsilica)

低灰分煤 Low ash coal (LAC)

石油焦 Petroleum coke (pet coke)

半焦 Semi-coke

木炭 Charcoal

炉渣 Slag

原料混合物 MIX of Raw Materials

金属间合金 Intermetallic alloys

 

产品等级 Product grade

冶金级Metallurgy

化学级Chemistry

 

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