Кремний также является чрезвычайно распространенным элементом, который встречается повсеместно в природе, прежде всего в сложной форме силикатов, или кремнезема, в камнях, гравии и пыли.
Металлический кремний, также известный как кристаллический кремний и промышленный кремний, является важной добавкой в сплавы, не содержащие железа. Металлический кремний изготавливается из кварца и кокса в качестве основных компонентов и выплавляется в электрической печи. Основным компонентом является кремний, на долю которого приходится около 98%, а остальное — железо, алюминий, кальций и другие примеси.
Процесс производства металлического кремния в основном включает обогащение кремнезема, плавку в электропечах и рафинирование.
Прежде всего, сортировка кремнезема является основным этапом получения металлического кремния. Кремнезем — минерал, содержащий кремний, в основном состоящий из кварца, пустой породы и т. д. Сначала руду сортируют и дробят, чтобы отделить ее от кристаллической фазы кварца. При обогащении полезных ископаемых обычно используется гравитационное разделение, при котором легкие примеси отделяются от тяжелого кремнезема по принципу гравитационного разделения.
Во-вторых, кремнезем измельчают, а затем плавят в электрической печи. В процессе восстановления кремнезема важным звеном производства металлического кремния является электропечная плавка. Сначала отсортированный кремнезем и восстановители, такие как алюминиевый порошок и кокс, помещаются в печь из карбида кальция и подвергаются термической обработке. В условиях высоких температур восстановитель используется для восстановления оксидов кремнезема до кремния, получая тем самым металлический кремний и частичные силициды. Регулируя температуру, атмосферу и силу тока электропечи, достигается эффективное разделение силицидов и силицидов.
Наконец, металлический кремний, полученный плавкой в электрической печи, нуждается в дальнейшей очистке. Благодаря рафинированию примеси в металлическом кремнии могут быть удалены, а его чистота и качество могут быть улучшены. В настоящее время в основном применяют три метода: очистку в вакуумной атмосфере, очистку в растворе и окислительно-восстановительную очистку. Среди этих процессов наиболее распространенным является очистка в вакуумной среде. Помещая металлический кремний в вакуум или специальную атмосферу при высоких температурах, между металлом и газом происходит материальный обмен, так что примеси вступают в реакцию с газом и переносятся в атмосферу, тем самым достигая рафинирования металлического кремния.
Следовательно, хотя металлический кремний и экстрагируется из кремнезема, не весь кремнезем пригоден для производства металлического кремния. Обычный песок, который мы обычно видим, не является настоящим сырьем металлического кремния, а представляет собой кварцевый песок, используемый в вышеупомянутом промышленном производстве. После нескольких стадий реакции песок окончательно превращается в металлический кремний.
Выплавка металлического кремния является энергозатратной отраслью, и его выплавка превращается в первичный продукт и процесс.
