Часто задаваемые вопросы о металлическом кремнии: свойства, марки, использование

Часто задаваемые вопросы о металлическом кремнии
Металлический кремний (технический кремний) является ключевым сырьем для производства алюминиевых сплавов, силиконов, поликремния и специальных сталей. Следующие часто задаваемые вопросы охватывают наиболее распространенные вопросы.

Что такое металлический кремний?

Металлический кремний – это химический элемент в почти-чистой форме. Это твердое, хрупкое кристаллическое вещество с голубовато--серым металлическим блеском, состоящее в основном из кремния с небольшими количествами железа, алюминия и кальция. Чистота обычно составляет 98-99,99%.

Каковы его физические и химические свойства?

Высокая температура плавления (около 1414 градусов) и температура кипения (около 3265 градусов).

Поведение полупроводников: электропроводность намного ниже, чем у металлов, и увеличивается с температурой (в отличие от металлов); теплопроводность умеренная.

Низкое тепловое расширение и хорошая термическая стабильность.

Химически относительно инертен при комнатной температуре, но реагирует с кислородом и другими элементами при высокой температуре.

Каковы основные виды использования?

Силиконы (органический кремний): сырье для химии метилхлорсилана.

Алюминиевые сплавы: кремний улучшает текучесть и механические свойства.

Фотовольтаика: переработка (процесс Siemens/FBR) в поликремний солнечного-класса для солнечных элементов.

Полупроводники: далее очищаются до кремния-электронного качества для чипов и устройств.

Специальные стали, огнеупоры, керамика и стекло; строительное и автомобильное применение.

Как производят металлический кремний?

Кремний извлекают из кремнезема (кварца) карботермическим восстановлением углеродом (коксом) в погружной электродуговой печи при высокой температуре (SiO2 + 2C дает Si+ 2CO). Необработанный металл очищается для уменьшения примесей; дальнейшая очистка (химические пути) необходима для использования поликремния и полупроводников.

Какие оценки доступны?

Классы определяются чистотой и содержанием примесей. Общие обозначения в стиле GB/T 2881-(Fe/Al/Ca, например, 553=Fe меньше или равно 0,5 %, Al меньше или равно 0,5 %, Ca меньше или равно 0,3 %) включают 1101, 2202, 3303, 441 и 553; уровни чистоты от 99% (металлургический класс) до 99,99% (высокая чистота) также указаны в процентах. Выбирайте марку в зависимости от области применения: высокие марки для химической и солнечной энергетики, 441/553 для алюминиевых сплавов и сталеплавильного производства.

Экологические и профессиональные аспекты
Производство кремния требует-энергоемкости (основная статья затрат – электроэнергия) и генерирует CO2 из углеродного восстановителя; микрокремнезем извлекается как побочный-продукт. Профессиональные риски включают высокие температуры, кварцевую пыль и воздействие CO - необходимы контроль запыленности, вентиляция и средства индивидуальной защиты. Промышленность внедряет более чистые производственные технологии (регенерация энергии, улавливание дыма).

Какой диапазон чистоты обычно охватывает коммерческий металлический кремний?

Коммерческий металлический кремний обычно имеет чистоту 98-99,99%, при этом в качестве основных микропримесей присутствуют железо, алюминий и кальций. Уровень чистоты является одним из первых критериев, используемых для принятия решения о том, подходит ли партия для легирования, химического или электронного применения.

Чем отличается электропроводность кремния от электропроводности металла?

Кремний является полупроводником: его электропроводность намного ниже, чем у металлов, и она увеличивается с повышением температуры, что противоположно металлическому поведению. Его теплопроводность умеренная, он сочетает в себе низкое тепловое расширение и хорошую термическую стабильность.

Какая перерабатывающая промышленность использует металлический кремний в качестве сырья для производства метилхлорсилана?

Основным потребителем этого маршрута является промышленность силикона (органического кремния). Металлический кремний преобразуется с помощью химии метилхлорсилана в силиконовые полимеры, используемые в герметиках, резине и других продуктах из органического кремния.

Как обозначаются марки металлического кремния, такие как 441 и 553?

В названии в стиле GB/T 2881 три цифры описывают максимальное содержание железа, алюминия и кальция в сотых долях процента. Например, 553 означает Fe не более 0,5 %, Al не более 0,5 % и Ca не более 0,3 %, а также в серию входят 1101, 2202, 3303 и 441.

Какие процессы переработки превращают металлический кремний в поликремний солнечного-качества?

Двумя основными маршрутами являются процесс Сименса и процесс реактора с псевдоожиженным слоем (FBR). Они очищают кремний металлургического-класса до поликремния солнечного-класса, используемого для фотоэлектрических элементов, а дальнейшая очистка дает кремний электронного-класса для полупроводниковых устройств.

Каковы основные экологические и профессиональные проблемы при производстве кремния?

Производство является энергоемким,-емким, при этом преобладающей статьей затрат является электроэнергия, а также выделяется CO2 из углеродного восстановителя; микрокремнезем извлекается как ценный побочный-продукт. Профессиональные риски связаны с высокими температурами, кварцевой пылью и воздействием CO, поэтому крайне важны контроль за пылью, вентиляция и средства индивидуальной защиты.