Hur Tech Grade Silicon Powder tillverkas: Från kvarts till pulver

Kiselpulver av teknisk kvalitet börjar som kvarts och slutar som ett dimensionerat, analyserat pulver. Mellan dessa två punkter passerar materialet genom en nedsänkt ljusbågsugn, en gjutbädd, en krosskrets och en malnings- och klassificeringslinje, och vart och ett av dessa steg sätter sin prägel på föroreningsnivån i den färdiga produkten. Att förstå rutten är det snabbaste sättet att förstå varför två pulver som säljs under samma namn kan bete sig helt olika i tjänst.

Råvaror och ugnsavgift

Laddningen är uppbyggd kring kvarts, mineralkällan för kisel, och ett kolreduktionsmedel. I praktiken blandar ett smältverk flera kolkällor snarare än att förlita sig på en: petroleumkoks och metallurgisk koks levererar det mesta av den reducerande kraften, medan träkol och träflis håller laddningen genomsläpplig så att gas kan strömma ut och reaktionszonen inte kvävs.

Kvarts för metallurgisk användning väljs på kemi lika mycket som på storlek. Järnoxid, aluminiumoxid och kalciumoxid i kvartsen rapporterar till stor del till det smälta kislet, så en kvartsit med låg orenhet är det första steget mot en tät kvalitet. Laddningen blandas till ett förhållande mellan kol och kisel som är nära stökiometriskt, med ett litet överskott av kol för att hålla reduktionen framåt.

Karbotermisk minskning i den elektriska ugnen

Reduktionen i sig är en karbotermisk reaktion vid hög temperatur. I övergripande termer reduceras kiseldioxid av kol till kiselmetall och kolmonoxid. Hela kemin är mer komplicerad än det enda steget, eftersom kiselmonoxid bildas i den hetaste delen av laddningen och sedan kondenserar och reagerar igen högre i ugnen, så ugnen beter sig som en motströmsreaktor snarare än som en enkel smältdegel.

Reaktionstemperaturerna når ungefär 1800 till 2000 grader Celsius vid elektrodspetsarna, och processen är energikrävande, med publicerade siffror för industriell kiselsmältning som vanligtvis citeras i området 11 000 till 14 000 kilowattimmar per ton. Stabiliteten i strömförsörjningen spelar lika stor roll som strömpriset, eftersom en avbruten ugnskampanj stör laddningen och dyker upp senare som en spridning av analyser.

Tappning, gjutning och kylning

Metall tappas ur ugnen med intervaller, lämnar vid ungefär 1500 till 1600 grader Celsius, och körs in i grunda gjutbäddar eller i formar. Tappningspraxis avgör hur mycket slagg och ugnsdamm som följer med metallen, så kranhålet och tvätten rengörs och underhålls som en del av kvalitetsrutinen snarare än som hushållning.

Efter gjutning får kislet svalna och bryts sedan till klump. Kylhastigheten påverkar götets kristallstorlek och därmed hur materialet går sönder under krossningen, vilket i sin tur påverkar utbytet av de finare masksnitt som görs senare i processen.

Krossning, slipning och klassificering

Klump kisel reduceras i etapper. Käft- och rullkrossar tar ner det gjutna materialet till en grov produkt och den krossade metallen mals sedan i en kulkvarn eller liknande finmalningsenhet. Luftklassificering följer bruket och separerar det malda materialet i de nätområden som marknaden köper, från 20 till 100 mesh grovt pulver ner till 45 till 325 mesh finmaterial.

Slipning är där föroreningsrisken är störst. Mediaslitage och linerslitage introducerar järn i en annars ren produkt, så kretsar använder slitstarka media, och ett magnetiskt separationssteg placeras efter malning för att avlägsna järnet som tagits upp i kvarnen. Screening bekräftar sedan den slutliga partikelstorleksfördelningen före packning.

Renhetskontroll och typiska slutanvändningar

Laddningskontroll:kvartskemi, reduktionsmedelsaska och laddningsförhållande sätter taket på den uppnåbara kvaliteten innan ugnen ens startas.

Ugnskontroll:elektrodposition, tappningsschema och kraftstabilitet avgör hur mycket av det taket som faktiskt nås.

Slipningskontroll:mediaval, magnetisk separation och dammuppsamling skyddar analysen efter att metallen lämnat ugnen.

Förpackningskontroll:fuktspärr och förseglade påsar hindrar det fina pulvret från att ta upp vatten innan det når smältverkstaden.

Kisel av teknisk kvalitet, den metallurgiska kvalitet som denna väg producerar, analyserar vanligtvis cirka 98 % till 99 % kisel med järn, aluminium och kalcium som de viktigaste återstående elementen, och pulvret graderas från det genom mesh och genom analys.

Det färdiga pulvret används främst som tillsats för icke-järnlegeringar, framför allt vid aluminiumlegering och gjutning. Den tjänar också eldfasta och kemiska uppgifter, där antingen elementärt kisel eller en fin kiseldioxidkälla krävs. Elementärt kisel är olösligt i syra och lösligt i alkali vid rumstemperatur och uppvisar ett halvledarbeteende, egenskaper som är viktiga i de kemiska och elektroniska tillämpningar som utgår från material av metallurgisk kvalitet och förfinar det ytterligare.

Vanliga frågor

F: Vad är kiselpulver av teknisk kvalitet tillverkat av?
Den är gjord av kiselmetall framställd genom att reducera kvarts med kol i en elektrisk ugn och sedan mala den kylda metallen till ett kontrollerat maskområde.

F: Varför tillsätts kol till ugnsladdningen?
Kol är reduktionsmedlet. Den tar bort syre från kiseldioxiden och lämnar smält kisel och kolmonoxidgas som lämnar ugnen som en avgas.-

F: Vid vilken temperatur tappas metallen?
Smält kisel lämnar ugnen vid ungefär 1500 till 1600 grader Celsius, efter reduktionsreaktioner som når omkring 1800 till 2000 grader Celsius nära elektroderna.

F: Hur kontrolleras järnförorening under malning?
Genom att använda slitstarka slipmedel och liners, och genom att köra det malda pulvret genom magnetisk separation innan det sista silsteget.

F: Ändrar slipning metallens kemiska kvalitet?
Det kan inte förbättra det. Slipning kan bara försämra analysen genom slitageföroreningar, så pulvrets kvalitet bestäms av kvaliteten på den metall som gjuts.

F: Vad används kiselpulver av teknisk kvalitet till?
Dess huvudsakliga användning är som tillsats för icke-järnlegeringar, särskilt aluminium, med ytterligare efterfrågan i eldfasta blandningar och i kemiska processer som kräver elementärt kisel.