Hvernig er kísilmálmur hreinsaður

Sem ómissandi grunnefni í risastóru kerfi nútíma iðnaðar er kísilmálmur mikið notaður á mörgum lykilsviðum eins og málmvinnslu, hálfleiðurum og sílikonum. Frá því að hjálpa til við að bæta frammistöðu stáls til að verða kjarnahráefni fyrir flísaframleiðslu, gæði og afrakstur kísilmálms hefur bein áhrif á þróun margra niðurstreymisiðnaðar. Í þessari grein munum við greina hreinsunarferli kísilmálms (iðnaðarkísils) og afhjúpa leyndardóma framleiðslu frá hráefni til fullunnar vöru.

Skilgreining

Kísillmálmur, einnig þekktur sem iðnaðarkísill eða kristallaður kísill, er mynd af kísileinliða með mikilvægt iðnaðargildi á efnafræðilegu sviði. Vegna fjölbreytts notkunarsviðs í iðnaðarframleiðslu eru þessar mismunandi merkingar mikið notaðar í greininni.

Flokkunarkerfi

Kísilmálmur er flokkaður aðallega á grundvelli innihalds þriggja helstu óhreininda: járns, áls og kalsíums. Þessi flokkun endurspeglast með ákveðnum tölum, til dæmis táknar „553“ einkunn kísilmálms 5% járn, 5% ál og 3% kalsíum, en „3303“ þýðir 3% járn, 3% ál og 0,3% kalsíum. Iðnaðinum hefur tekist að ná þessu með skýrum númerareglum. Með þessari skýru númerareglu getur iðnaðurinn fljótt ákvarðað óhreinindi og gæðastig kísilmálms.

Hlutfall af umsóknum í kjölfarið

Kísilmálmur hefur breitt úrval af niðurstreymisnotkunum og hlutfallið er mismunandi á mismunandi sviðum. Þar á meðal eru 30,28% notuð til framleiðslu á pólýkísil, sem þjónar hálfleiðara- og sólarorkuiðnaðinum; 26,82% er hreinsað í málmvinnslu-kísil, sem er notað til framleiðslu á álblöndu; og 38,03% er hreinsað frekar í gegnum vatnsmálmvinnsluferlið í efnafræðilega-kísill, sem er notað til framleiðslu á kísillgúmmíi og sílani. Mismunandi forrit krefjast mismunandi hreinleika og óhreinindainnihalds kísilmálms, sem ákvarðar muninn á hreinsunarferlinu.

Kísil, kjarnahráefnið

Kröfur um samsetningu

Kísil, sem kjarnahráefni fyrir kísilmálmframleiðslu, er háð ströngum samsetningarstöðlum. Iðnaðarframleiðsla krefst þess að SiO2 innihald kísils verður að vera meira en eða jafnt og 99%, en Fe2O3 minna en eða jafnt og 0,15%, Al2O3 < 0,2%, CaO < 0,1%, og heildar óhreinindi ættu helst að vera < 0,6%. Of mikið óhreinindi mun hafa bein áhrif á bræðsluferlið, auka orkunotkun og jafnvel draga úr gæðum kísilmálms.

Líkamlegir eiginleikar

Auk efnasamsetningar þess eru eðliseiginleikar kísils jafn mikilvægir. Það þarf að vera mjög ónæmt fyrir hita og ætti að lágmarka sprungur þegar það verður fyrir hitafasabreytingum þegar það er bætt við ofninn. Því hærra sem upphafshitastigið er fyrir mikla truflun, því betra, til að tryggja stöðugleika í háhitaumhverfi ofnsins. Að auki er minnkanleiki SiO2 mikilvægur eiginleiki sem ákvarðar hvort hægt sé að minnka kísil í kísilmálm með góðum árangri.

Hráefnisflokkun og notkun

Gæði kísilhráefna eru mismunandi og notkun þeirra líka. Há-gæða kvarssandur, vegna hreinleika hans og gæða, er venjulega notaður beint við framleiðslu á hágæða kvarsglervörum, og er jafnvel hægt að vinna hann í gimsteina-gæðakristalla og túrmalín o.s.frv., en kísil með aðeins lægri einkunnum, en með stærri forða, betri námuskilyrði og lægri kostnað við kísilmálm, hentar betur fyrir kísilframleiðslu.

Kolefnisrík afoxunarefni

Tegundir afoxunarefnis

Kolefnisleg afoxunarefni sem almennt eru notuð í bræðsluferli kísilmálms eru viðarkol, jarðolíukoks og kol. Þessi afoxunarefni hvarfast við kísil við háan hita til að draga úr kísil úr kísil.

Frammistöðukröfur

Ekki eru öll kolefnisefni hentug til notkunar sem afoxunarefni og framleiðsla hefur strangar kröfur um frammistöðu. Almennt séð þarf afoxunarefnið að einkennast af miklu föstu kolefni, lítilli ösku, í meðallagi rokgjörnu efni, lágum raka, mikilli viðnám, mikilli hvarfvirkni og ákveðnum vélrænni styrk. Aðeins með því að uppfylla þessar kröfur getum við tryggt árangursríka minnkun kísils í bræðsluferlinu og á sama tíma dregið úr innleiðingu óhreininda, til að draga úr álagi á síðari afmengunarferli.

Bræðsluregla og aðferð

Bræðsla á kísilmálmi tekur aðallega upp rafmagnsofnaaðferðina, þ.e. kolvetnisaðferðina. Meginreglan er sú að í ljósbogaofni hvarfast kísil (SiO2) efnafræðilega við kolefniskennt afoxunarefni. Við háhitaskilyrði hvarfast SiO2 við kolefni (C) og myndar sílikon (Si) og kolmónoxíð (CO), með efnajöfnunni: SiO2 + 2C → Si + 2CO. Þetta ferli krefst nákvæmrar stjórnunar á hitastigi og hvarfskilyrðum til að ná skilvirkri lækkun kísils.

Helstu framleiðsluferli

Skömmtun og blöndun

Skömmtun og blöndun eru grunnstig bræðslu. Þeir þurfa að vera nákvæmlega aðlagaðir við efnasamsetningu og kornastærð kísilsins og kolefnisfræðilega afoxunarefnisins til að tryggja einsleitni og stöðugleika hleðslunnar hvað varðar samsetningu og eðliseiginleika. Aðeins samræmd hleðsla getur áttað sig á stöðugum og skilvirkum viðbrögðum í rafmagnsofninum.

Ofnhleðsla og hleðsla

Hleðsluferlið er stranglega í röð og hleðslan er hlaðin í ofninn á sérstakan hátt. Með hægfara lækkun rafskautanna er aflgjafinn ræstur og straumurinn aukinn smám saman í samræmi við hvarfferlið. Þetta stig krefst þess að rekstraraðilinn fylgist vel með öllum breytum til að tryggja að fóðrunarferlið sé slétt og að viðbrögðin verði ekki fyrir áhrifum af óeðlilegum straumi.

Steiking og fíngerð

Plokkun og hreinsun er lykillinn að öllu bræðsluferlinu. Með því að stilla nákvæmlega spennu, straum og aðrar breytur rafmagnsofnsins er hitastigi inni í ofninum haldið á hæfilegu bili til að tryggja að SiO2 sé að fullu minnkað í kísilmálm. Á sama tíma er hægt að fjarlægja sum óhreinindi á áhrifaríkan hátt meðan á ferlinu stendur, sem bætir upphafsgæði kísilmálms.

Aðskilnaður óhreininda

Kísilmálmurinn sem fæst við bræðslu inniheldur ákveðin óhreinindi sem þarf að hreinsa og hreinsa frekar. Algeng aðferð er að meðhöndla rokgjörn kísilsambönd með eimingu til að aðskilja óhreinindin og bæta þannig hreinleika kísilsins verulega til að mæta þörfum mismunandi notkunar.

Mótunarferli

Hreinsað sílikon eftir aðskilnað óhreininda er steypt í fast form eins og hleifar, blokkir eða kögglar. Síðan er það mulið, malað og unnið í samræmi við umsóknarkröfur mismunandi atvinnugreina til að búa til kísilmálmvörur sem uppfylla forskriftirnar.

Pökkun og dreifing

Eftir mótun og vinnslu verður fullunnum kísilmálmvörum pakkað í samræmi við eiginleika vöru og kröfur viðskiptavina. Eftir pökkun verður þessum vörum dreift til ýmissa atvinnugreina eins og rafeindatækni, málmvinnslu, efna osfrv., og settar í mismunandi framleiðsluferli.

Orkunotkun

Mikil orkunotkun

Kísilmálmframleiðsla er venjulega-orkuiðnaður, með meðalrafmagnsnotkun upp á 13.000 kWh á hvert tonn af sílikoni. Í ljósbogaofnum þarf hvarfhitastig allt að 1800 gráður til að tryggja að minnkun kísils og kolefnis fari vel fram. Þetta gerir kísilmálmframleiðslu mjög háða raforkuauðlindum og framleiðslan fer oftast fram á svæðum með nægjanlegar raforkuauðlindir.

Orkusparnaðarráðstafanir-

Ýmsar ráðstafanir hafa verið gerðar til að draga úr orkunotkun. Það velur hágæða kísilgrýti og kolefnisbundin afoxunarefni með mikilli virkni og lágu öskuinnihaldi til að bæta hvarfvirkni frá hráefnishliðinni; samþykkir háþróaða hitaorkuofna til að hámarka afköst búnaðarins; og dregur enn frekar úr orkunotkun með því að hagræða vinnsluferlinu til að draga úr vandamálum eins og heitum stöðvum og ójöfnum dúkum, til að ná fram orkusparnaði og minnka orkunotkun.

Hráefnisgæði

Stjórnun á óhreinindum í kísil

Innihald óhreininda í kísilhráefnum hefur veruleg áhrif á framleiðslu. Þegar hágæða iðnaðarkísil er framleitt er Fe2O3 minna en 15%, Al2O3 er minna en 20%, CaO er minna en 15%; ef framleitt er ofur-gæða iðnaðarkísil er eftirlitsstaðall þessara oxíða strangari. Hátt innihald óhreininda mun leiða til klístraðs efnisyfirborðs ofnsins, lélegs gegndræpis, aukins hitataps og orkunotkunar.

Eðliseiginleikar kísils

Hitastöðugleiki og sprengiþol kísils eru jafn mikilvæg. Ef hitastöðugleiki kísils er lélegur, auðvelt að rjúfa eftir hitun, yfirborðsflögnun, mun hafa alvarleg áhrif á gegndræpi ofnsins, sem leiðir til þess að efri hluti ofnhleðslunnar tengist, er ekki hægt að flytja hita á áhrifaríkan hátt og að lokum jókst orkunotkunin verulega. Að auki ætti kísil kornastærð að vera stranglega stjórnað við 50 - 120mm, of lítil eða of stór kornastærð mun hafa neikvæð áhrif á framleiðsluna.

Með stöðugri framþróun iðnaðartækni mun kísilmálmhreinsunartækni einnig þróast í átt að orkusparnaði, mikilli skilvirkni og miklum hreinleika. Í framtíðinni mun iðnaðurinn standa frammi fyrir áskorunum eins og að draga úr orkunotkun og bæta hreinleika vöru og einnig eru tækifæri eins og tækninýjungar og opnun ný notkunarsvið. Með stöðugri tæknirannsóknum og þróun og hagræðingu ferla mun kísilmálmiðnaðurinn örugglega veita traustari stuðning við nútíma iðnaðarþróun.