Sut mae metel silicon wedi'i fireinio

Fel deunydd sylfaenol anhepgor yn y system enfawr o ddiwydiant modern, defnyddir metel silicon yn eang mewn llawer o feysydd allweddol megis meteleg, lled-ddargludyddion a siliconau. O helpu i wella perfformiad dur i ddod yn ddeunydd crai craidd ar gyfer gweithgynhyrchu sglodion, mae ansawdd a chynnyrch metel silicon yn effeithio'n uniongyrchol ar ddatblygiad llawer o ddiwydiannau i lawr yr afon. Yn yr erthygl hon, byddwn yn dadansoddi'r broses fireinio o fetel silicon (silicon diwydiannol) ac yn datrys dirgelion cynhyrchu o ddeunydd crai i gynnyrch gorffenedig.

Diffiniad

Mae metel silicon, a elwir hefyd yn silicon diwydiannol neu silicon crisialog, yn fath o monomerau silicon sydd â gwerth diwydiannol pwysig yn y maes cemegol. Oherwydd ei ystod eang o gymwysiadau mewn cynhyrchu diwydiannol, defnyddir y gwahanol ddynodiadau hyn yn eang yn y diwydiant.

System ddosbarthu

Mae metel silicon yn cael ei ddosbarthu'n bennaf ar sail cynnwys tri phrif amhuredd: haearn, alwminiwm a chalsiwm. Adlewyrchir y dosbarthiad hwn gan niferoedd penodol, er enghraifft, mae gradd "553" o fetel silicon yn cynrychioli 5% haearn, 5% alwminiwm, a 3% calsiwm, tra bod "3303" yn golygu 3% haearn, 3% alwminiwm, a 0.3% calsiwm. Mae'r diwydiant wedi gallu cyflawni hyn drwy reolau rhifo clir. Trwy'r rheol rifo glir hon, gall y diwydiant benderfynu'n gyflym ar y sefyllfa amhuredd a lefel ansawdd y metel silicon.

Canran y ceisiadau i lawr yr afon

Mae gan fetel silicon ystod eang o gymwysiadau i lawr yr afon, ac mae'r gyfran yn amrywio mewn gwahanol feysydd. Yn eu plith, defnyddir 30.28% ar gyfer cynhyrchu polysilicon, sy'n gwasanaethu'r diwydiannau lled-ddargludyddion ac ynni solar; mae 26.82% yn cael ei buro'n silicon gradd metelegol, a ddefnyddir i gynhyrchu aloion alwminiwm; ac mae 38.03% yn cael ei fireinio ymhellach trwy'r broses hydrometallurgical i silicon gradd gemegol, a ddefnyddir i gynhyrchu rwber silicon a silane. Mae gwahanol gymwysiadau yn gofyn am gynnwys purdeb ac amhuredd gwahanol o fetel silicon, sy'n pennu'r gwahaniaethau yn y broses fireinio.

Silica, y deunydd crai craidd

Gofynion cyfansoddiadol

Mae silica, fel y deunydd crai craidd ar gyfer cynhyrchu metel silicon, yn ddarostyngedig i safonau cyfansoddiadol llym. Mae cynhyrchu diwydiannol yn ei gwneud yn ofynnol i gynnwys SiO2 silica fod yn Fwy na neu'n hafal i 99%, tra bod Fe2O3 yn Llai na neu'n hafal i 0.15%, Al2O3 <0.2%, CaO <0.1%, ac yn ddelfrydol dylai cyfanswm yr amhureddau fod <0.6%. Bydd cynnwys amhuredd gormodol yn effeithio'n uniongyrchol ar y broses fwyndoddi, cynyddu'r defnydd o ynni a hyd yn oed leihau ansawdd y metel silicon.

Priodweddau Corfforol

Yn ogystal â'i gyfansoddiad cemegol, mae priodweddau ffisegol silica yr un mor hanfodol. Mae angen iddo allu gwrthsefyll gwres yn fawr a dylai leihau cracio pan fydd yn destun newidiadau cyfnod thermol pan gaiff ei ychwanegu at y ffwrnais. Po uchaf yw'r tymheredd cychwyn ar gyfer aflonyddwch dwys, y gorau, er mwyn sicrhau sefydlogrwydd yn amgylchedd tymheredd uchel y ffwrnais. Yn ogystal, mae lleihauadwyedd SiO2 yn nodwedd bwysig sy'n pennu a ellir lleihau silica yn llwyddiannus i fetel silicon.

Dosbarthu a defnyddio deunydd crai

Mae ansawdd deunyddiau crai silica yn amrywio, ac felly hefyd eu defnydd. Mae tywod cwarts o ansawdd uchel, oherwydd ei burdeb a'i ansawdd, fel arfer yn cael ei ddefnyddio'n uniongyrchol i gynhyrchu cynhyrchion gwydr cwarts gradd uchel, a gellir ei brosesu hyd yn oed yn grisialau a thyrmalines o ansawdd uchel, ac ati, tra bod silica â graddau ychydig yn is, ond gyda chronfeydd wrth gefn mwy, amodau mwyngloddio gwell, a chost trydan is yn yr ardal gyfagos, yn fwy addas ar gyfer cynhyrchu metel silicon.

Gostyngyddion carbonaidd

Mathau o asiant lleihau

Mae gostyngyddion carbonaidd a ddefnyddir yn gyffredin yn y broses fwyndoddi o fetel silicon yn cynnwys siarcol, golosg petrolewm a glo. Mae'r asiantau lleihau hyn yn adweithio â silica ar dymheredd uchel i leihau silicon o silica.

Gofynion perfformiad

Nid yw pob deunydd carbonaidd yn addas i'w ddefnyddio fel asiantau lleihau, ac mae gan y cynhyrchiad ofynion perfformiad llym. A siarad yn gyffredinol, mae angen i'r gostyngydd gael ei nodweddu gan garbon sefydlog uchel, lludw isel, mater anweddol cymedrol, lleithder isel, gwrthedd uchel, adweithedd uchel a chryfder mecanyddol penodol. Dim ond trwy fodloni'r gofynion hyn y gallwn sicrhau gostyngiad effeithiol o silica yn y broses fwyndoddi, ac ar yr un pryd, lleihau cyflwyniad amhureddau, er mwyn lleihau baich y broses ddadheintio dilynol.

Egwyddor a dull mwyndoddi

Mae mwyndoddi metel silicon yn bennaf yn mabwysiadu'r dull ffwrnais drydan, hy y dull carbothermol. Yr egwyddor graidd yw bod silica (SiO2) mewn ffwrnais arc trydan yn adweithio'n gemegol ag asiant lleihau carbonaidd. O dan amodau tymheredd uchel, mae SiO2 yn adweithio â charbon (C) i ffurfio silicon (Si) a charbon monocsid (CO), gyda'r hafaliad cemegol: SiO2 + 2C → Si + 2CO. Mae'r broses hon yn gofyn am reolaeth fanwl gywir ar y tymheredd a'r amodau adwaith er mwyn gwireddu gostyngiad effeithlon o silicon.

Prosesau Cynhyrchu Allweddol

Dosio a Chymysgu

Camau sylfaenol mwyndoddi yw dosio a chymysgu. Mae angen eu cyfateb yn gywir i gyfansoddiad cemegol a maint gronynnau'r reductant silica a charbonaidd i sicrhau unffurfiaeth a sefydlogrwydd y tâl o ran cyfansoddiad a phriodweddau ffisegol. Dim ond tâl unffurf all wireddu adwaith sefydlog ac effeithlon yn y ffwrnais drydan.

Codi Tâl Ffwrnais a Chodi Tâl

Mae'r broses codi tâl yn gwbl ddilyniannol ac mae'r tâl yn cael ei lwytho i'r ffwrnais mewn ffordd benodol. Gyda gostyngiad graddol yr electrodau, mae'r cyflenwad pŵer yn cael ei gychwyn a chynyddir y cerrynt yn raddol yn ôl y broses adwaith. Mae'r cam hwn yn ei gwneud yn ofynnol i'r gweithredwr roi sylw manwl i'r holl baramedrau i sicrhau bod y broses fwydo yn llyfn ac nad yw annormaleddau yn y presennol yn effeithio ar yr adwaith.

Stiwio a choethi

Stiwio a mireinio yw'r allwedd i'r broses fwyndoddi gyfan. Trwy addasu foltedd, cerrynt a pharamedrau eraill y ffwrnais drydan yn union, mae'r tymheredd y tu mewn i'r ffwrnais yn cael ei gynnal mewn ystod addas i sicrhau bod SiO2 yn cael ei leihau'n llawn i fetel silicon. Ar yr un pryd, gellir tynnu rhai amhureddau yn effeithiol yn ystod y broses, sy'n gwella ansawdd cychwynnol metel silicon.

Gwahanu amhureddau

Mae'r metel silicon a geir o fwyndoddi yn cynnwys rhai amhureddau, y mae angen eu mireinio a'u puro ymhellach. Dull cyffredin yw trin cyfansoddion silicon anweddol trwy ddistylliad i wahanu'r amhureddau, gan wella purdeb silicon yn sylweddol i ddiwallu anghenion gwahanol gymwysiadau.

Proses Mowldio

Mae silicon wedi'i buro ar ôl gwahanu amhuredd yn cael ei daflu i ffurfiau solet fel ingotau, blociau neu belenni. Wedi hynny, caiff ei falu, ei falu a'i brosesu yn unol â gofynion cymhwyso gwahanol ddiwydiannau i wneud cynhyrchion metel silicon sy'n bodloni'r manylebau.

Pecynnu a Dosbarthu

Ar ôl mowldio a phrosesu, bydd y cynhyrchion metel silicon gorffenedig yn cael eu pecynnu yn unol â nodweddion cynnyrch a gofynion cwsmeriaid. Ar ôl pecynnu, bydd y cynhyrchion hyn yn cael eu dosbarthu i wahanol ddiwydiannau megis electroneg, meteleg, cemegau, ac ati, a'u rhoi mewn gwahanol brosesau cynhyrchu.

Defnydd o ynni

Defnydd uchel o ynni

Mae cynhyrchu metel silicon fel arfer yn ddiwydiant ynni uchel, gyda defnydd trydan o 13,000kwh fesul tunnell o silicon ar gyfartaledd. Mewn ffwrneisi arc trydan, mae angen tymheredd adwaith hyd at 1800 gradd i sicrhau bod y gostyngiad mewn silica a charbon yn digwydd yn esmwyth. Mae hyn yn gwneud cynhyrchu metel silicon yn ddibynnol iawn ar adnoddau trydan, ac fel arfer mae cynhyrchu yn cael ei wneud mewn ardaloedd sydd â digon o adnoddau trydan.

Mesurau arbed ynni

Mae mesurau amrywiol wedi'u cymryd i leihau'r defnydd o ynni. Mae'n dewis mwynau ffynhonnell silica o ansawdd uchel a gostyngyddion carbonaidd gyda gweithgaredd uchel a chynnwys lludw isel i wella effeithlonrwydd adwaith o'r ochr deunydd crai; yn mabwysiadu ffwrneisi thermodrydanol datblygedig i wneud y gorau o berfformiad yr offer; ac yn lleihau'r defnydd o ynni ymhellach trwy optimeiddio gweithrediad y broses i leihau problemau megis stopiau poeth a ffabrigau anwastad, er mwyn arbed ynni a lleihau'r defnydd o ynni.

Ansawdd deunydd crai

Rheoli amhuredd silica

Mae cynnwys amhuredd deunyddiau crai silica yn cael effaith sylweddol ar gynhyrchu. Wrth gynhyrchu silica diwydiannol o ansawdd uchel, mae Fe2O3 yn llai na 15%, mae Al2O3 yn llai nag 20%, mae CaO yn llai na 15%; os yw'n cynhyrchu silica diwydiannol o ansawdd uchel iawn, mae safon reoli'r ocsidau hyn yn fwy llym. Bydd y cynnwys uchel o amhureddau yn arwain at ddeunydd gludiog wyneb y geg ffwrnais, athreiddedd gwael, colli gwres cynyddol a defnydd pŵer.

Priodweddau ffisegol silica

Mae sefydlogrwydd thermol a gwrthsefyll ffrwydrad silica yr un mor bwysig. Os yw sefydlogrwydd thermol silica yn wael, yn hawdd ei rwygo ar ôl gwresogi, bydd fflawio wyneb yn effeithio'n ddifrifol ar athreiddedd y ffwrnais, gan arwain at ran uchaf bondio tâl ffwrnais, ni ellir trosglwyddo gwres yn effeithiol, ac yn y pen draw, cynyddodd y defnydd pŵer yn sylweddol. Yn ogystal, dylai maint y gronynnau silica gael ei reoli'n llym ar 50 - 120mm, bydd maint gronynnau rhy fach neu rhy fawr yn cael effaith negyddol ar y cynhyrchiad.

Gyda chynnydd parhaus technoleg ddiwydiannol, bydd technoleg mireinio metel silicon hefyd yn datblygu i gyfeiriad arbed ynni, effeithlonrwydd uchel a phurdeb uchel. Yn y dyfodol, bydd y diwydiant yn wynebu heriau megis lleihau'r defnydd o ynni a gwella purdeb cynnyrch, ac mae yna hefyd gyfleoedd megis arloesi technolegol ac agor meysydd cais newydd. Trwy ymchwil a datblygiad technolegol parhaus ac optimeiddio prosesau, bydd y diwydiant metel silicon yn sicr yn darparu cefnogaeth fwy cadarn ar gyfer datblygiad diwydiannol modern.