Uno. Introducción al silicio industrial
Silicon es uno de los elementos más ampliamente distribuidos en la naturaleza, con un contenido de corteza terrestre de aproximadamente 26.3%, solo superado por el oxígeno, y es un semi-metal entre metales y no metales. La estructura cristalina del silicio determina las propiedades físicas y químicas del silicio. El silicio tiene una estructura estable tetraédrica regular similar al diamante, y los átomos de silicio están conectados por enlaces covalentes, por lo que el silicio tiene propiedades como alta dureza y altos puntos de fusión y ebullición.
En la industria fotovoltaica, el silicio industrial es la principal materia prima para la fabricación de materiales como Polysilicon; El silicio industrial también es la materia prima más importante para los organosilicones, y se utiliza para producir productos como silano, silicona y aceite de silicona; En la industria de la aleación, el silicio industrial se usa principalmente como aditivo para aleaciones no ferrosas. Cuando se agrega silicio a ciertos metales no ferrosos, puede mejorar la resistencia, la dureza y la resistencia al desgaste del metal base, y a veces también puede mejorar las propiedades de fundición y soldadura del metal base; El silicio industrial puede eliminar el oxígeno disuelto en el metal fundido como desoxidante; El silicio solo puede mejorar la resistencia y la resistencia a la corrosión del acero y ciertas aleaciones como agente de aleación. Agregar una cantidad apropiada de silicio al hierro fundido para hacer ferroalloy de alto silicio puede mejorar significativamente la resistencia a la corrosión del hierro fundido a una variedad de reactivos químicos.
El silicio industrial, también conocido como silicio metálico o silicio cristalino, es un importante material industrial y se usa ampliamente en metalurgia, industria química, maquinaria, electrodomésticos, aviación, construcción naval, energía y otros campos. El silicio metálico es un producto fundido de sílice y agente reductor de carbonos en un horno de arco sumergido. El contenido del elemento de silicio componente principal es de aproximadamente el 98% (en los últimos años, el silicio con un contenido de Si del 99.99% también se enumera en el silicio metálico), y las impurezas restantes son hierro, aluminio, calcio, etc. Debido a sus diferentes usos, se divide en varias especificaciones. Según el contenido de hierro, aluminio y calcio en el silicio metálico, el silicio metálico se puede dividir en diferentes grados, como 553 y 441. El silicio industrial se usa principalmente como agente de aleación, desoxidante, agente reductora y materia prima química para productos metalúrgicos. El flujo aguas abajo del silicio industrial es principalmente polisilicio, aleación de aluminio y organosilicio, que representa el 30.28%, 26.82% y 38.03% respectivamente.
Dos. Materias primas para la producción
El silicio industrial se obtiene fundiendo en un horno de arco eléctrico con sílice (arena de cuarzo) como materia prima y materiales carbonosos como agentes reductores. Los agentes reductores de uso común incluyen carbón, Coca -Cola de petróleo, carbón, etc., que pueden reducir el silicio metálico de la sílice. Los agentes de sílice y reducción experimentan una reacción química de reducción a alta temperatura en el horno.
1. Requisitos de sílice
La producción de silicio industrial requiere que los materiales refinados se coloquen en el horno. Los requisitos del componente para la sílice son: SIO2 mayores o iguales al 99%, Fe2o3 menos o igual a 0. 15%, Al2O3 <0. 2%, Cao <{{1 0}}. 1%, y las impuridades totales son preferibles <0.6%.
Además, la sílice generalmente está en forma de cuarzo o guijarros, y debe tener alta resistencia al calor. Cuando se agrega al horno, rara vez debe romperse después del cambio de fase causado por el calor, y la temperatura de inicio de daños fuertes debe ser lo más alto posible. La característica más importante de la sílice es la reducibilidad de SIO2.
2. Requisitos y tipos de agentes reductores para la fundición de silicio industrial
Teóricamente, los agentes reductores que pueden usarse para la fundición industrial de silicio incluyen carbón, Coca-Cola de petróleo, semi-carco, coque de asfalto y carbón bituminoso. Sin embargo, considerando la relación entre la eliminación posterior de las impurezas, existen requisitos estrictos para reducir los agentes. En general, se requiere que el agente reductor tenga un alto contenido de carbono fijo, bajo contenido de cenizas, materia volátil moderada, bajo contenido de humedad, alta resistividad, fuerte actividad de reacción y cierta resistencia mecánica.
3. Proceso de producción
Después de lavar, detección y secado, la sílice cruda se mezcla en diferentes proporciones de acuerdo con el tipo de agente reductor utilizado. La proporción de cada material está controlada por un programa de computadora, mezclado y colocado en el horno eléctrico; El proceso de alimentación altamente automatizado y a gran escala se lleva a cabo continuamente. La corriente eléctrica se pasa a través del electrodo para calentar el material en el cerebro. Su línea Liquidus está por encima de 1410 grados. La refinación debe alcanzar una temperatura alta de más de 1800 grados Celsius. El silicio se reduce en el cerebro y está en estado líquido. Se libera a través de la salida de silicio y se lanza en lingotes de silicio. Después de aplastar y empaquetar, se vende como polvo de silicio industrial.
El gas desbordante del horno eléctrico está espolvoreado y el polvo de silicio se recupera para obtener productos de polvo de microsílica; La microsílica se mezcla con concreto para mejorar las diversas propiedades del concreto; También se puede utilizar como materia prima para regresar al horno eléctrico, un relleno para el caucho, un agente anti-cableado para fertilizantes, una materia prima para ladrillos de silicato y materiales refractarios, un catalizador para la producción y otros usos.
En la producción de silicio industrial, la fórmula de reducción del silicio es:
Sio 2+2 C═Si +2 Co (t =2073 k)
Sio 2+ C═Sio+Co (reacción lateral)
La pureza del silicio industrial producido es de entre 98% y 99%, y las impurezas provienen de la sílice y los materiales de carbono (incluyendo Coca -Cola de petróleo, electrodos limpios de carbón de carbón, etc.). La temperatura en el horno es un factor importante que afecta la fundición de la silicio industrial. La distribución de la temperatura no solo afecta la calidad de la reacción química en el horno, sino que también tiene diferentes grados de daño al equipo de horno de arco, como la ablación de electrodos y el daño del revestimiento del horno. La mayor parte del silicio metálico producido por lo anterior está en forma de bloque. Si los bloques de silicio se usan como materias primas para trituración y refinación, la molienda de bolas, la molienda de rodillos y los métodos de giro generalmente se usan para producir polvo de silicio industrial. El tamaño de partícula del producto terminado se puede controlar dentro del rango de malla 30-425 a través del ajuste del proceso.
Preparación de polisilicio solar
Las tecnologías de preparación del polisilicio solar incluyen principalmente método químico y método físico. En la actualidad, el proceso principal para preparar polisilicio de grado solar es el método químico, que representa aproximadamente el 80% de la producción global. El método físico también se llama método metalúrgico, que es similar al proceso de fundición y purificación de metal. En la actualidad, la pureza del silicio industrial purificado por el método químico es mayor, pero el método metalúrgico tiene un proceso corto, es ecológico, de bajo costo y tiene más perspectivas de desarrollo. El método metalúrgico se refiere al método para preparar polisilicón de grado solar utilizando silicio industrial como materia prima, utilizando una combinación de hidrometalurgia, fusión al vacío, refinación de oxidación, solidificación direccional, fusión de campo especial y otras tecnologías. La característica del método metalúrgico es que el silicio no participa en ninguna reacción química durante el proceso de purificación. Confiando en la diferencia en las propiedades físicas entre el silicio y las impurezas, las impurezas se eliminan mediante la fundición metalúrgica para obtener polisilicio que cumpla con los requisitos de rendimiento de las células solares. Tiene las ventajas de bajo costo, seguridad y protección del medio ambiente, y se ha convertido en un punto de acceso de investigación en este campo.
