金属硅是怎样炼成的?

金属硅又名工业硅或结晶硅,通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。金属硅的主要用途是作为非铁基合金的添加剂和生产半导体硅、有机硅的起始原料。
在我国,金属硅通常按其所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。按照金属硅中铁、铝、钙的百分比含量,金属硅可分为553、521、441、421、411、3305、3303、2502、2202、1501、1101等不同的牌号。(关于金属硅的编号:第一位代号是铁的百分比含量,第二位代号是铝的百分比含量,第三和第四两位代表的是钙的含量。以441为例,代表铁铝钙的含量为4%、4%、1%,2202代表其中的铁铝钙含量为2%、2%、0.2%)

金属硅可以影响到我们生活的方方面面,那么金属硅是怎么来的呢?我们日常看到的沙子是不是金属硅的前身?首先我们来看一下金属硅的生产过程。
金属硅生产采用碳热法,即用硅石、碳质还原剂在矿热炉内进行冶炼的方法。这样制得的硅纯度为97%~98%,这样的硅一般可以用在冶金用途。如果要得到更高品级的硅,则需再将其精炼除去杂质,得到纯度为99.7%~99.8%的金属硅。
以石英砂为原料冶炼金属硅,包括石英砂制块、配制炉料和矿热冶炼几个步骤。一般来说,优质的石英砂会直接用于生产高档的石英玻璃制品,甚至被加工成宝石级别的,如水晶、碧玺等制品。等级稍微差但储量较大,开采条件稍好,周围电力较为便宜的则适合生产金属硅。

目前,中国生产金属硅的碳热法的生产工艺路线:普遍采用的是以硅石为原料,石油焦、木炭、木片、低灰煤等为还原剂,在矿热电炉中高温熔炼,从硅石中还原出金属硅,其为无渣埋弧高温熔炼过程。
虽然金属硅是从硅石中提炼出来的,但是并不是所有的硅石都适合制作金属硅。我们日常所见的普通用砂并不是金属硅的真正原料,而是工业生产所用到的石英砂,并且经历了多步反应才完成从沙子到金属硅的蜕变。


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