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什么是硅?

元素硅(也称为硅金属或冶金硅) 使制造各种实用、高效且可持续的产品成为可能。

硅——定义及其生产方式

作为一种化学元素,硅原子被称为符号“Si”,原子序数为14,原子量为28。 它是地壳中第二丰富的化学元素,仅次于氧气。硅类金属,也被称为半金属或金属(严格来说并非金属),以其半导体特性闻名,并在 太阳能和电子 技术的发展中发挥了关键作用,推动了数字技术的发展。半导体在纯形式下导电能力不佳,但通过添加杂质(如硅类金属)可以影响和控制电子传递的电导率。

硅的元素形态在自然界中并不存在。它与氧气及其他元素一起存在于各种矿物中。硅通常由石英或石英(SiO2)制成,杂质含量较低。与许多资料所说不同,硅无法由细小的粉末状沙子制成。该工艺中使用的石英尺寸通常为5–100毫米。为了生产硅,氧气与碳结合,在电弧炉中通过多个反应步骤同时进行的复杂过程生成一氧化碳。CO气体暴露于空气后可以被收集或与CO₂ 反应。

由于工艺中产生大量气体(CO和SiO),拥有多孔炉料以确保SiO气体均匀分布,以最大化硅产率。因此,向炉子中添加大量木屑是一种常见做法。这也是为什么不能使用石英砂,因为它会堵塞炉子。未被炉中捕获的SiO气体会逸出并通过空气氧化成硅气(微硅)。该工艺中使用的碳可以从生物来源获取,但原则上所有类型的碳源都可以使用。Elkem 正在投入大量精力开发碳足迹最小的硅、 铁硅 和硅类金属体,气候路线图的目标是实现2050年二氧化碳净零排放 。该工艺也非常耗能,通常生产一公吨硅需要约10–14兆瓦时的电力。

Elkem运营的一个独特之处是我们大多数硅炉都能回收能源,从而将电力消耗减少约30%。

熔融硅在钢包中精炼,以控制比硅不贵重的元素(如铝、钙等),然后铸造成合适的模具。比硅更贵的元素,如铁,必须通过原材料的成分进行控制。凝固后的硅随后被粉碎/研磨至所需的颗粒大小。

硅——未来的原材料

在商业上,“硅金属”一词通常指含硅含量在96%到99.99%之间的硅。在英语中,“silicon”和“silicone”很容易混淆,因此即使科学上不正确,也会使用“silicon metal”一词。硅金属的三大主要用途是:

  • 作为铝生产中的合金元素
  • 作为生产硅胶的关键原料,硅胶是一种具有无数应用的高分子
  • 为了进一步加工多晶硅,以获得太阳能和电子应用中超过99.9999%的纯度水平。

此外,硅金属是多种产品和应用中的关键原料/原材料,例如:

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