工業(yè)硅又稱結(jié)晶硅或金屬硅。工業(yè)硅的主要用途是作為非鐵合金的添加劑。硅加入到某些有色金屬中時(shí),能提高基體金屬的強(qiáng)度、硬度和耐磨性,有時(shí)還能改善基體的鑄造性能。工業(yè)硅也用作要求嚴(yán)格的硅鋼的合金劑,冶煉特種鋼種和非鐵基合金的脫氧劑。
氧化硅礦物冶煉金屬硅的過(guò)程是無(wú)渣過(guò)程,化學(xué)硅冶煉對(duì)硅石的選用較嚴(yán)格,不僅雜質(zhì)含量要少,還要求有高的機(jī)械強(qiáng)度、足夠的熱穩(wěn)定性,適宜的粒度組成。化學(xué)用硅熔煉宜采用硅石。天然形態(tài)的氧化硅或者是以獨(dú)立的石英礦物存在,或者是以幾乎全是由氧化硅積成的巖石—硅石,或硅石形態(tài)的砂巖存在。生產(chǎn)化學(xué)用硅的含有氧化硅礦物中的雜質(zhì)和粘著物,在熔煉過(guò)程中有的完全被還原,有的部分被還原,有的以化合物形態(tài)進(jìn)入產(chǎn)品硅中或生成熔渣。這樣不僅增大能量消耗,降低產(chǎn)品質(zhì)量,還給熔煉過(guò)程造成困難。冶煉鋁合金時(shí)加入少量的純度為98%的金屬硅,可大大改善鋁合金的性能。
金屬硅又稱結(jié)晶硅或工業(yè)硅,其主要用途是作為非鐵基合金的添加劑,是二十世紀(jì)六十年代中期出現(xiàn)的一個(gè)商品名稱。它的出現(xiàn)與半導(dǎo)體行業(yè)的興起有關(guān)。目前,國(guó)際用作法是把商品硅分成金屬硅和半導(dǎo)體硅。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,其余雜質(zhì)為鐵、鋁、鈣等。金屬硅價(jià)格昂貴。[2] 工業(yè)上,金屬硅通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。 化學(xué)反應(yīng)方程式: SiO2 2C → Si 2CO 這樣制得的金屬硅純度為97~98%。其他均因碳和磷的含量偏高,即便硅含量較高,也不符合高硅硅錳合金的成分要求。再將它融化后重結(jié)晶,用酸除去雜質(zhì),得到純度為99.7~99.8%的金屬硅。
金屬硅是用硅石經(jīng)還原生產(chǎn)的,故也叫工業(yè)硅、結(jié)晶硅,是近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)的新產(chǎn)品。主要輸往日本、美國(guó)、歐洲、澳大利亞、印度、韓國(guó)、馬來(lái)西亞、香港、臺(tái)灣、加拿大、墨西哥、阿根廷等國(guó)家和地區(qū)。由于冶煉金屬硅耗電量極高,因此金屬硅的市場(chǎng)價(jià)格相應(yīng)較高。金屬硅中主要雜質(zhì)為鐵、鋁、鈣,需在生產(chǎn)中嚴(yán)格控制。目前鐵、鋁兩項(xiàng)的控制主要采取投料前對(duì)硅石、木炭進(jìn)行檢驗(yàn)。鐵、鋁含量高的硅石不能使用。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)。鈣的控制主要采用通Cl?或氧氣排除。通氧氣對(duì)排除鐵和鋁也有一定的作用。硅錳合金是由錳,硅,鐵及少量的碳和其他元素組成的合金,是一種用途較廣的鐵合金,硅錳合金中的錳和硅與氧的親和力較強(qiáng),在煉鋼中使用硅錳合金,產(chǎn)生的脫氧物MNSIO3和MNSIO4熔點(diǎn)分別為1270度和1327度。用于電子、化工方面的金屬硅對(duì)鉻、鉍、鉛、錳、鈦、磷、銅、碳也有要求。
硅具有半導(dǎo)體性質(zhì)。結(jié)晶形硅具有金屬光澤,外觀呈亮灰色。常溫下很穩(wěn)定,只有非?;顫姷姆苤苯优c其化合成SiF4。在高溫下生成的硅還可與過(guò)量的碳直接化合成碳化硅。冶煉鋁合金時(shí)加入少量的純度為98%的金屬硅,可大大改善鋁合金的性能。純度為98~99%的金屬硅可用來(lái)生產(chǎn)三SiFCl?一類(lèi)的中間產(chǎn)品,配制幾百種硅樹(shù)脂潤(rùn)滑劑和防水化合物等。金屬硅也是電子工業(yè)超純硅的原料,用來(lái)生產(chǎn)單晶硅和多晶硅,是大規(guī)格集成電路的基礎(chǔ)材料,還用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。天然形態(tài)的氧化硅或者是以獨(dú)立的石英礦物存在,或者是以幾乎全是由氧化硅積成的巖石—硅石,或硅石形態(tài)的砂巖存在。作為半導(dǎo)體材料,高純度單晶硅可制造的太陽(yáng)能電池。