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硅單質(zhì)本身不是金屬,屬于非金屬。平時(shí)說的金屬硅,是由石英和焦炭在電熱爐內(nèi)冶煉成的產(chǎn)品,主成分硅元素的含量在98%左右(近年來,含Si量99.99%的也包含在金屬硅內(nèi)),其余雜質(zhì)為鐵、鋁、鈣等。
金屬硅的性質(zhì)與鍺、鉛、錫相近,所以叫做金屬硅。此外,碳化硅可作磨料,高純氧化硅制作的石英管是高純金屬冶煉及照明燈具的重要材料。1、硅元素硅,原子序數(shù)14,原子量28.0855, 硅有晶態(tài)和無定形兩種形式。晶態(tài)硅具有金剛石晶格,硬而脆,熔點(diǎn)1410°C,沸點(diǎn)2355°C,密度2.32~2.34克/厘米3,硬度為7。無定形硅是一種灰黑色粉末,實(shí)際是微晶體。晶態(tài)硅的電導(dǎo)率不及金屬,且隨溫度升高而增加,具有明顯的半導(dǎo)體性質(zhì)。
硅在常溫下不活潑,與空氣、水和酸等沒有明顯作用;在加熱下,能與鹵素反應(yīng)生成四鹵化硅;650°C,時(shí)硅開始與氧完全反應(yīng);硅單質(zhì)在高溫下還能與碳、氮、硫等非金屬單質(zhì)反應(yīng);硅可間接生成一系列硅的氫化物;硅還能與鈣、鎂、鐵等化合,生成金屬硅化物。木炭需嚴(yán)格挑選后使用(很多工廠投料前將硅石、木炭經(jīng)水沖洗后使用)。
超純的單晶硅可作半導(dǎo)體材料。粗的單晶硅及其金屬互化物組成的合金,常被用來增強(qiáng)鋁、鎂、銅等金屬的強(qiáng)度。
電極電極是化學(xué)用硅生產(chǎn)中主要的消耗材料之一。化學(xué)用硅冶煉用電極,一般采用石墨電極和碳素電極,目前國內(nèi)主要采用石墨電極。
在硅冶煉爐中,電極就是心臟,是導(dǎo)電系統(tǒng)的重要組成部分。電流是通過電極輸入爐內(nèi)產(chǎn)生電弧,用于化學(xué)硅冶煉。石油焦有較高的導(dǎo)電系數(shù),要破碎到塊度不大于10mm,又要控制石油焦的粉末量。對(duì)電極材料的要求:(1)導(dǎo)電性好、電阻率小,以減少電能損失。(2)熔點(diǎn)要高,熱膨脹系數(shù)要小,不易變形;(3)高溫時(shí)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,雜質(zhì)含量低。石墨電極的灰分含量低,導(dǎo)電性、耐熱性和耐腐蝕性能都比較好,是化學(xué)用硅冶煉的選擇。