基礎材料 | 金屬矽(工業矽)是怎樣煉成的(一)

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金屬矽(工業矽)是怎樣煉成的(一)

        金屬矽又稱工業矽或結晶矽,通常是在電爐中由碳還原二氧化矽而制得。其主要用途是作為非鐵基合金的添加劑和生產半導體矽、有機矽的起始原料。在我國,金屬矽通常按其所含的鐵、鋁、鈣三種主要雜質的含量來分類。按照金屬矽中鐵、鋁、鈣的百分比含量,金屬矽可分為553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌號。(關於金屬矽編號來源:第一和第二的代號為鐵和鋁的百分比含量,第三和第四兩位代表鈣的含量。例如553代表其中的鐵鋁鈣的含量為5%、5%、3%;3303代表其中鐵鋁鈣的含量為3%、3%、0.3%)。

 

既然金屬矽可以影響到我們生活的方方面面,那麼問題來了,金屬矽是從哪兒來的呢?我們日常所看到的沙子就是金屬矽的前身嗎?

 

        首先我們來看看金屬矽的生產過程。金屬矽生產採用碳熱法,即用矽石、碳質還原劑在礦熱爐內進行冶煉的方法,樣制得的矽純度為97%~98%,這樣的矽一般可以用在冶金用途。如果要得到更高品級的矽,則需再將其精煉除去雜質,得到純度為99.7%~99.8%的金屬矽。以石英砂為原料冶煉金屬矽,包括石英砂制塊、配製爐料和礦熱爐冶煉幾個步驟。一般來說,優質的石英砂會直接用於生產高檔的石英玻璃製品,甚至被加工成寶石級別的如水晶,碧璽等製品。等級稍差但儲量較大,開採條件稍好,周圍電力較為便宜的則適合生產金屬矽。目前,中國生產金屬矽的碳熱法的生產工藝路線:普遍採用的是以矽石為原料,石油焦、木炭、木片、低灰煤等為還原劑,在礦熱電爐中高溫熔煉,從矽石中還原出金屬矽,其為無渣埋弧高溫熔煉過程。

 

 

        因此,雖然金屬矽是從矽石中提煉出來的,但是並不是所有的矽石都適合製作金屬矽。我們日常所見的普通用砂並不是金屬矽的真正原料,而是上述所說的工業生產所用到的石英砂,並且經歷了多步反應才完成從沙子到金屬矽的蛻變。

 

最後,給大家漲知識啦,金屬矽生產常用名詞中英文對照如下所示:

原料及反應中間產物 raw materials

石英(矽石)Quartz

黑色材料Black materials

木屑 Wood chips

電極 Electrodes

添加劑Additives

碳化矽 Silicon carbide

一氧化矽 Silicon monooxide

二氧化碳 Carbon dioxide

一氧化碳 Carbon monooxide

炭 Carbon

矽微粉 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

爐渣 Slag

原料混合物 MIX of Raw Materials

金屬間合金 Intermetallic alloys

 

產品等級 Product grade

冶金級Metallurgy

化學級Chemistry

 

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