Kaj je kovinski silicij in od kod prihaja
Kovinski silicij, imenovan tudi silicij metalurške kakovosti ali industrijski silicij, je elementarna oblika silicija s simbolom Si in atomskim številom 14. Je trda, krhka, kristalinična trdna snov z modrikasto-sivim kovinskim leskom. Kemično se obnaša kot metaloid s štirimi valenčnimi elektroni, v čistem stanju pa je polprevodnik. Njegova atomska teža je 28,0855, tališče je približno 1414 stopinj Celzija in vrelišče je približno 3265 stopinj Celzija. Komercialno se dobavlja kot grudast material s srebrno-sivo površino loma in je izhodišče za ferosilicij, aluminijeve-silicijeve zlitine, silikone ter celotno fotovoltaično in elektronsko verigo.
Dobavna veriga od kremena do pipe za peč
Proizvodna pot se začne s silicijevim dioksidom v obliki kremena ali kvarcita, ki se izkoplje, zdrobi, opere in razdeli na nadzorovano velikost, preden se lahko napolni. Razvrščeni silicijev dioksid se nato reducira z reducentom, ki vsebuje ogljik-v potopljeni obločni peči, kjer reakcija poteka pri temperaturah precej nad 1800 stopinj Celzija. Staljeni silicij se izliva, ohladi in ulije, nato zdrobi in preseje v pasove velikosti, ki jih zahteva stranka. Nadzor nečistoč se začne na skladišču surovin: vsebnost železa, aluminija in kalcija v polnilu, čistost reduktorja in stabilnost delovanja peči skupaj odločajo, kateri razred čistosti se lahko uporabi.
Surovina: silicijev dioksid in reducent ogljika, oba presejana v ozkem velikostnem pasu za prepustnost peči.
Taljenje: potopna obločna peč, kontinuirana redukcija kremena v staljeni silicij.
Ulivanje in drobljenje: nadzorovano hlajenje, nato drobljenje in sejanje v komercialne kalibrirne trakove.
Končna obdelava: od-odpraševanje, magnetna separacija in pakiranje, z vzorčenjem za certificirano analizo.
Komercialne stopnje in njihove meje nečistoč
S silicijevo kovino se trguje po kodi razreda in koda navaja zgornje meje nečistoč železa, aluminija in kalcija v desetinkah odstotka v tem vrstnem redu. Grade 553 torej dovoljuje do 0,5 odstotka železa, 0,5 odstotka aluminija in 0,3 odstotka kalcija, nižja številka pa vedno pomeni čistejši in dražji izdelek. Konvencija o poimenovanju in ustrezne omejitve so določene v GB/T 2881, kupci pa morajo navesti standard skupaj z razredom, tako da je zahteva po analizi nedvoumna.
| Šifra ocene | Fe % maks | Al % maks | Ca % maks | Tipična uporaba |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | Splošna metalurška uporaba, deoksidacija |
| 441 | 0.4 | 0.4 | 0.1 | Aluminijeve zlitine, ferosilicij |
| 3303 | 0.3 | 0.3 | 0.03 | Silikonske in kemične aplikacije |
| 2202 | 0.2 | 0.2 | 0.02 | Uporaba kemikalij in zlitin višje stopnje |
| 1101 | 0.1 | 0.1 | 0.01 | Elektronika in sončne surovine |
Iz tabele sledita dve praktični točki. Prvič, stopnje ni mogoče oceniti zgolj na podlagi vsebnosti železa; aluminij in kalcij se premikata neodvisno in prevladujeta obnašanje materiala v procesu kupca. Drugič, vzorčenje mora predstavljati serijo, ker je kosovni material heterogen in vzorec, vzet s površine velike vreče, ni dokaz povprečne analize.
Fizične lastnosti in aplikacije v industriji
Silicijeva kovina ima visoko tališče, dobro stabilnost pri povišani temperaturi, zmerno električno prevodnost in nizko gostoto za material kovinskega-videza. Mehansko je trd in krhek, z nizkim koeficientom toplotnega raztezanja. V mnogih okoljih je odporen proti koroziji, ker se na površini naravno oblikuje tanka oksidna plast, zato se dobro obnese kot legirni element v aluminiju in kot dezoksidacijski dodatek v jeklu. Pri rokovanju in skladiščenju enaka krhkost pomeni, da lahko material ustvari drobne delce, če ga večkrat pade z višine, zato morajo biti točke prenosa v obratu kratke.
Aluminijeve zlitine: dodatki silicija izboljšajo fluidnost, trdnost in odpornost proti obrabi komponent iz litega aluminija.
Proizvodnja jekla: silicij se uporablja za deoksidacijo, industrijski silicij pa je surovina za proizvodnjo ferosilicija.
Silikoni: kovinski silicij je osnova za silikonske tekočine, tesnila, lepila, maziva in številne izdelke za medicinsko in osebno nego.
Fotovoltaika: silicij visoke čistosti je osnovni material sončnih celic.
Elektronika: silicij-polprevodniške kakovosti se uporablja v integriranih vezjih in diskretnih napravah.
Kemikalije: silicij se porabi pri proizvodnji klorosilanov in drugih vmesnih kemikalij.
Ravnanje, varnost in tržni kontekst
Kovinski silicij ni nenevaren prah. Drobne frakcije lahko povzročijo težave z dihanjem in vnetljivostjo, staljeni ali vroči material pa predstavlja nevarnost opeklin v območju peči. Delujoč nadzorni sklop vključuje odsesavanje prahu in prezračevanje na postajah za drobljenje, presejanje in pakiranje, zaščito dihal in zaščito oči za izpostavljene operaterje, pravila za uporabo rokavic in oblačil v bližini vročega materiala, gospodinjstvo za preprečevanje kopičenja prahu in dokumentirano usposabljanje za vse, ki ravnajo z materialom. Skladnost z veljavnimi pravili o poklicni izpostavljenosti in prevozu je treba preveriti lokalno, ker se zahteve razlikujejo med jurisdikcijami ter med metalurškim koncem in koncem trga višje čistosti.
Na strani trga je Kitajska največji proizvajalec kovinskega silicija, poraba pa je osredotočena na aplikacije aluminija, kemikalij in fotovoltaike. Povpraševanje po obnovljivi energiji, električnih vozilih in verigi elektronike je bilo glavni vir rasti v zadnjih letih, medtem ko se ponudba odziva na razpoložljivost električne energije in nadzor proizvodnje v regijah topilnic. Za kupca ta kombinacija pomeni pogodbeno količino z navedenim razredom, navedenim velikostnim pasom in dokumentirano analizo, ne pa samo oportunističnega nakupa na kraju samem.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Kakšna je razlika med kovinskim silicijem in ferosilicijem?
Silicij je elementarni silicij, medtem ko je ferosilicij železova-silicijeva zlitina, proizvedena iz kremena z železovim-nabojem. Služijo različnim nalogam in so različni izdelki tako po sestavi kot po ceni.
V: Kaj pomeni številka ocene?
Tri ali štiri števke navajajo zgornje meje nečistoč v desetinkah odstotka za železo, aluminij in kalcij po vrstnem redu, tako da stopnja 553 dovoljuje 0,5 odstotka Fe, 0,5 odstotka Al in 0,3 odstotka Ca kot največje vrednosti.
V: Katero kakovost naj kupi livarna?
Razred 553 ali 441 pokriva večino splošne uporabe v metalurgiji in aluminijevih zlitinah. Višja ocena je upravičena, kadar je vsebnost aluminija ali kalcija kritična v procesu kupca.
V: Kako je določen pas velikosti?
Z navedenim razponom z najvišjim dovoljenim deležem globe, dogovorjenim v pisni obliki. Ohlapni izrazi, kot sta grudast ali zrnat, puščajo analizo in izkoristek odprta za razlago.
V: Kakšna embalaža se uporablja za izvozne pakete?
Enotonske velike vreče so standardne, z jeklenimi sodi ali manjšimi vrečami, ki so na voljo, kadar proces stranke potrebuje strožji nadzor enote. Embalaža mora biti navedena v pogodbi skupaj z njenimi stroški.
V: Zakaj se isti razred razlikuje v ceni med dobavitelji?
Ocena je zgornja meja, ne pa stalna kemija. Oba lota lahko ustrezata 553, medtem ko se razlikujeta v dejanskih stopnjah nečistoč, porazdelitvi velikosti in vsebnosti drobnih delcev, te razlike pa spremenijo vrednost pri uporabi.