1. سیلیکون فلزی چیست؟
سیلیکون فلزی یک ماده نیمه{0}}فلزی خاکستری و براق با خلوص تقریباً 98 تا 99.5 درصد سیلیکون (Si) است. برخلاف سیلیکون با خلوص بالا که در نیمه هادی ها استفاده می شود (99.9999٪ خالص)، سیلیکون فلزی حاوی مقادیر کمی آهن، آلومینیوم، کلسیم و عناصر دیگر است. با کاهش دی اکسید سیلیکون (SiO2) که عمدتاً در کوارتز یا سیلیس یافت می شود، با مواد مبتنی بر کربن{7}} در کوره قوس الکتریکی تولید می شود.
2. چگونه تولید می شود؟
تولید ازسیلیکون فلزیانرژی{0}} فشرده است و این مراحل کلیدی را دنبال می کند:
تهیه مواد اولیه:کوارتز (SiO2) خرد شده و با مواد احیا کننده کربن مانند زغال سنگ، زغال سنگ یا کک نفتی مخلوط می شود.
ذوب:این مخلوط تا بیش از 2000 درجه در یک کوره قوس الکتریکی زیر آب گرم می شود. کربن با اکسیژن موجود در کوارتز واکنش می دهد و سیلیسیم مذاب و مونوکسید کربن (CO) تولید می کند:
SiO2+2C→Si+2COSiO2+2C→Si+2CO
ضربه زدن و پالایش:سیلیکون مذاب از کوره گرفته می شود، سپس سرد و خرد می شود. پالایش بیشتر ناخالصی هایی مانند آلومینیوم و کلسیم را از طریق تزریق اکسیژن یا گاز کلر از بین می برد.
دانه بندی:محصول نهایی برای مصارف صنعتی مختلف به شکل های توده ای، دانه ای یا پودری اندازه گیری می شود.
3. چرا در صنعت مدرن بسیار مهم است؟
تطبیق پذیری سیلیکون فلزی از سه ویژگی اصلی ناشی می شود:میل ترکیبی بالا برای اکسیژن(به عنوان یک اکسید کننده عمل می کند)هدایت الکتریکی عالیو توانایی تشکیل آلیاژهای قوی و سبک وزن. در زیر کاربردهای اصلی آن آمده است:
| صنعت | نقش سیلیکون فلزی | مثال |
|---|---|---|
| آلیاژهای آلومینیوم(≈50% کل مصرف) | به عنوان یک عامل سخت کننده برای بهبود استحکام، قابلیت ریخته گری و مقاومت در برابر خوردگی | بلوک های موتور، چرخ ها و اجزای هوافضا |
| سیلیکون و پلیمر (≈30%) | از طریق متیل کلرید به سیلوکسان تبدیل می شود. به عنوان روان کننده، درزگیر و مواد عایق استفاده می شود | لوله های پزشکی، ظروف پخت و پز و درزگیرهای ساختمانی |
| فولادسازی (≈10%) | دی اکسید کننده برای حذف اکسیژن از فولاد مذاب، جلوگیری از تخلخل | فولاد سازه، خطوط راه آهن |
| الکترونیک و خورشیدی(نمرات ویژه) | برای نیمه هادی ها و سلول های فتوولتائیک به سیلیکون فوق خالص تصفیه شده است | تراشه های کامپیوتر، پنل های خورشیدی |
4. آیا در تولید و استفاده از آن چالش هایی وجود دارد؟
بله، سه چالش اصلی شکل دهنده استسیلیکون فلزیصنعت:
شدت انرژی:تولید یک تن سیلیکون فلزی به حدود 12000-13000 کیلووات ساعت الکتریسیته نیاز دارد که آن را به یک فرآیند کربن{4} فشرده تبدیل می کند. چین، نروژ، برزیل و ایالات متحده تولیدکنندگان پیشرو هستند و اغلب کارخانه های ذوب را در نزدیکی نیروگاه های برق آبی ارزان قرار می دهند.
تاثیرات زیست محیطی:انتشار CO2، SO2، و غبار سیلیس نیاز به فیلتراسیون دقیق دارد. فناوریهای کورههای بسته و جذب کربن راهحلهای در حال ظهور هستند.
نوسانات بازار:قیمت ها با هزینه های انرژی، در دسترس بودن کوارتز و تقاضا از بخش های پایین دستی (به ویژه آلومینیوم و خورشیدی) در نوسان است.
5. آینده چیست؟
پیشبینی میشود که تقاضا برای سیلیکون فلزی سالانه 4 تا 5 درصد رشد کند که ناشی از موارد زیر است:
وسایل نقلیه الکتریکی (EVs):آلیاژهای آلومینیوم سبکتر-سیلیکون برای محفظههای باتری و شاسی.
انرژی های تجدیدپذیر:سیلیکون درجه{0} خورشیدی (تصفیه شده از سیلیکون فلزی) ستون فقرات پانل های فتوولتائیک باقی می ماند.
5G و اینترنت اشیا:مواد واسط حرارتی مبتنی بر سیلیکون{0}}برای خنکسازی الکترونیکی.
با این حال، صنعت به سمت {0}«سیلیکون سبز» کم کربن تولید شده با انرژی آبی، ضایعات سیلیکون بازیافتی، یا احیاکنندههای کربن مبتنی بر زیست{0} (مثلاً زغال چوب از جنگلهای مدیریتشده) حرکت میکند.
نتیجه گیری
سیلیکون فلزی ضروری استزیرا در تقاطع متالورژی، شیمی و الکترونیک قرار دارد. بدون آن، آلیاژهای آلومینیوم سبک وزن، لاستیک سیلیکون، فولاد مقرون به صرفه و پایه و اساس انقلاب خورشیدی را از دست خواهیم داد. توانایی منحصر به فرد آن برای تبدیل از یک اکسید زدا ساده به یک پیش ساز نیمه هادی{2}}فناوری بالا، آن را به یک "سیلیکون صنعتی" واقعی تبدیل می کند - ماده ای به اندازه فولاد یا پلاستیک برای زندگی مدرن که در عین حال کمتر شناخته شده است.
