सिलिकॉन धातु प्रक्रिया का अवलोकन
सिलिकॉन धातु का उत्पादन कार्बोथर्मल रिडक्शन द्वारा किया जाता है: क्वार्ट्ज को एक जलमग्न चाप भट्ठी में कार्बोनेसस रिडक्टेंट के साथ पिघलाया जाता है, जिसे खनिज ताप भट्टी के रूप में भी वर्णित किया जाता है। कमी इलेक्ट्रोड युक्तियों के आसपास के चार्ज में उच्च तापमान पर होती है, और तरल सिलिकॉन टैप होने से पहले भट्ठी के नीचे इकट्ठा होता है।
पहली -स्मेल्ट सामग्री धातुकर्म ग्रेड सिलिकॉन है जिसमें लगभग 97% से 98% की शुद्धता होती है, जो एल्यूमीनियम मिश्र धातु और कई फाउंड्री और धातुकर्म उपयोगों के लिए उपयुक्त है। रासायनिक ग्रेड तक पहुंचने के लिए, एल्यूमीनियम, कैल्शियम और लोहे को हटाने के लिए धातु को परिष्कृत किया जाता है, जिससे सिलिकॉन, सेमीकंडक्टर फीडस्टॉक और अन्य रासायनिक मार्गों के लिए 99.7% से 99.8% की शुद्धता वाला सिलिकॉन मिलता है। व्यापक उपयोग में आने वाले ग्रेड पदनाम गारंटीकृत न्यूनतम सिलिकॉन सामग्री पर आधारित होते हैं, उदाहरण के लिए GB/T 2881 के तहत Si99, Si99.5 और Si99.7।
कच्चे माल और रिडक्टेंट
फर्नेस चार्ज को भरने के लिए तीन भूमिकाएँ होती हैं: एक सिलिकॉन स्रोत, एक कार्बन स्रोत, और एक संरचना जो चार्ज उतरते समय गैस को बाहर निकलने देती है। वह संयोजन ही चार्ज तैयारी को प्रक्रिया का सबसे संवेदनशील हिस्सा बनाता है।
सिलिकॉन स्रोत: उच्च सिलिकॉन डाइऑक्साइड सामग्री और कम लौह, एल्यूमीनियम और कैल्शियम के साथ क्वार्ट्ज या क्वार्टजाइट
रिडक्टेंट: कम राख और उच्च स्थिर कार्बन के लिए पेट्रोलियम कोक, प्रतिक्रियाशीलता और कम राख के लिए लकड़ी का कोयला, और कम लागत वाले मिश्रण घटक के रूप में कोयला
संरचना और पारगम्यता: लकड़ी के चिप्स या अन्य भारी कार्बन सामग्री जो चार्ज को छिद्रपूर्ण और विद्युत प्रवाहकीय रखती है
आकार ग्रेडिंग: क्वार्ट्ज को कुचल दिया जाता है और एक नियंत्रित सीमा तक जांच की जाती है, और रिडक्टेंट का आकार निर्धारित किया जाता है ताकि वे भट्ठी में अलग न हों या पुल न करें
ब्रिजिंग, अलगाव और अत्यधिक जुर्माना क्लासिक चार्ज दोष हैं। ब्रिजिंग चार्ज के अवतरण को रोकती है और गर्मी को ऊपर की ओर ले जाती है, जबकि पृथक्करण इलेक्ट्रोड और बाथ के बीच विद्युत पथ को परेशान करता है। दोनों को स्क्रीनिंग द्वारा और एक संकीर्ण बैंड के भीतर मोटे और महीन सामग्री के अनुपात को ध्यान में रखकर प्रबंधित किया जाता है।
जलमग्न आर्क फर्नेस और गलाने की प्रतिक्रियाएँ
तीन सेल्फ {{0}बेकिंग या प्रीबेक्ड कार्बन इलेक्ट्रोड वाली एक गोलाकार या आयताकार भट्टी भार वहन करती है। इलेक्ट्रोड युक्तियाँ चार्ज में दबी हुई हैं, आर्क और चार्ज की प्रतिरोधक हीटिंग ऊर्जा की आपूर्ति करती है, और पिघला हुआ सिलिकॉन प्रतिक्रिया क्षेत्र के नीचे जमा होता है।
समग्र कमी को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
SiO2+ 2सी → सी + 2सीओ
वास्तव में रूपांतरण मध्यवर्ती चरणों के माध्यम से होता है, क्योंकि सिलिकॉन मोनोऑक्साइड और सिलिकॉन कार्बाइड दोनों भाग लेते हैं:
SiO2+ सी → SiO (गैस) + CO
SiO + C → Si + CO
SiO2+ 3C → SiC + 2CO
SiC + SiO → 2Si + CO
सबसे गर्म क्षेत्र में प्रतिक्रिया तापमान आमतौर पर 1800 डिग्री से 2000 डिग्री के आसपास होता है। आंतरिक भाग में उत्पन्न सिलिकॉन मोनोऑक्साइड गैस के साथ बाहर निकल सकता है और फिर से बारीक सिलिका में ऑक्सीकृत हो सकता है, जिसे गैस सफाई संयंत्र में बिक्री योग्य उप-उत्पाद के रूप में जमा कर लिया जाता है। कार्बन मोनोऑक्साइड भट्टी से चार्ज के माध्यम से निकलती है और चार्ज सतह के ऊपर जल जाती है।
प्रक्रिया नियंत्रण प्राथमिकताएँ
इलेक्ट्रोड स्थिति और पावर इनपुट: स्नान तापमान और प्रतिक्रिया क्षेत्र की गहराई पर मुख्य लीवर
कार्बन संतुलन: बहुत कम कार्बन सिलिका को कम नहीं छोड़ता है, बहुत अधिक कार्बन चूल्हे में सिलिकॉन कार्बाइड बनाता है और अंततः इसे अवरुद्ध कर देता है
चार्ज मिश्रण और पारगम्यता: गैस निकास, गर्मी वितरण और ब्रिजिंग के जोखिम को नियंत्रित करता है
टैपिंग शेड्यूल: नियमित टैपिंग से चूल्हा स्तर स्थिर रहता है और प्रतिक्रिया क्षेत्र में सिलिकॉन के दोबारा प्रवेश को सीमित करता है
ऊर्जा तीव्रता: सिलिकॉन गलाने में बिजली की खपत होती है, और प्रति टन धातु की खपत संयंत्र के लिए प्रमुख लागत और उत्सर्जन संकेतक है
उपज और पुनर्प्राप्ति: गैस धारा में बारीक पदार्थ के रूप में और स्लैग में असंतुलित सामग्री के रूप में खोए गए सिलिकॉन को कम से कम किया जाना चाहिए
धातुकर्म से रासायनिक ग्रेड तक शोधन
97% से 98% शुद्धता पर टैप किए गए फर्नेस सिलिकॉन में एल्यूमीनियम, कैल्शियम और लोहा होता है, जो ज्यादातर क्वार्ट्ज और रिडक्टेंट राख से लिया जाता है। रिफाइनिंग भट्ठी के बजाय करछुल में होती है।
ऑक्सीकरण उपचार: ऑक्सीजन या हवा को तरल धातु में इंजेक्ट किया जाता है, एल्यूमीनियम और कैल्शियम को प्राथमिकता से ऑक्सीकरण किया जाता है
स्लैग उपचार: सिंथेटिक या प्रतिक्रियाशील स्लैग ऑक्साइड उत्पादों को अवशोषित करता है और हटा दिया जाता है
बार-बार शोधन: अनुक्रम में कई करछुल उपचार अवशिष्ट एल्यूमीनियम और कैल्शियम को रासायनिक ग्रेड स्तर पर लाते हैं
दिशात्मक ठोसकरण और ढलाई: धीमी गति से जमना लोहे और अन्य अशुद्धियों को अलग होने के लिए प्रोत्साहित करता है, इसलिए शुद्धतम सामग्री को अलग किया जा सकता है
क्रशिंग और स्क्रीनिंग: ठंडी धातु को तोड़ा और वर्गीकृत किया जाता है, और भारी दूषित अंश हटा दिए जाते हैं
शोधन के बाद, सिलिकॉन की शुद्धता 99.7% से 99.8% तक पहुंच जाती है, जो सिलिकॉन उत्पादन और इलेक्ट्रॉनिक ग्रेड की ओर आगे उन्नयन के लिए प्रवेश बिंदु है।
कास्टिंग, आकार और उत्पाद प्रपत्र
टैप की गई धातु को सांचों में या कास्टिंग बेड पर डाला जाता है, ठंडा किया जाता है और फिर कुचल दिया जाता है। क्योंकि सिलिकॉन भंगुर होता है, धातु लचीले चिप्स के बजाय साफ गांठों में टूट जाती है, और संयंत्र उत्पाद को परिभाषित आकार के अंशों में स्क्रीन करता है।
धातुकर्म और एल्यूमीनियम उद्योग में उपयोग के लिए गांठ का आकार
कुचलने और छानने के दौरान उत्पन्न बारीक पदार्थ और पाउडर अंश
नमी संरक्षण के साथ बैग, ड्रम या थोक बैग में पैक किया गया, क्योंकि बारीक सिलिकॉन पाउडर एक नम स्टोर में धीरे-धीरे ऑक्सीकरण कर सकता है
ग्रेड और अनुप्रयोग क्षेत्र
| उत्पाद | सिलिकॉन सामग्री | अशुद्धि अभ्यास | मुख्य उपयोग |
|---|---|---|---|
| धातुकर्म ग्रेड, जैसा कि टैप किया गया है | लगभग 97-98% | आयरन, एल्यूमीनियम और कैल्शियम के लिए उच्चतम भत्ता | एल्यूमीनियम मिश्रधातु, सामान्य धातुकर्म |
| Si99 | 99.0% न्यूनतम | लोहे और एल्यूमीनियम पर मध्यम सीमा | मिश्र धातु, डीऑक्सीडेशन, सामान्य रासायनिक उपयोग |
| Si99.5 | 99.5% मिनट | सख्त सीमाएँ, नियंत्रित कैल्शियम | सिलिकॉन फीडस्टॉक, उच्च ग्रेड मिश्र धातु |
| Si99.7 | 99.7% न्यूनतम | रिफाइनिंग के बाद कम आयरन, एल्यूमीनियम और कैल्शियम | सिलिकोन, रासायनिक मध्यवर्ती, इलेक्ट्रॉनिक्स फीडस्टॉक |
किसी विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए चयनित सामग्री को उस उपयोग की अशुद्धता सीमा से मेल खाना चाहिए, न कि केवल सिलिकॉन सामग्री: एल्यूमीनियम और कैल्शियम ऐसे तत्व हैं जो अक्सर यह तय करते हैं कि रासायनिक रूपांतरण के लिए बहुत कुछ स्वीकार्य है या नहीं।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों
प्रश्न: जलमग्न चाप भट्टी सीधे कितनी शुद्धता उत्पन्न करती है?
भट्ठी लगभग 97% से 98% शुद्धता पर धातुकर्म ग्रेड सिलिकॉन प्रदान करती है। रासायनिक ग्रेड, 99.7% से 99.8% तक, एल्युमीनियम, कैल्शियम और आयरन को हटाने के लिए लैडल रिफाइनिंग के बाद ही प्राप्त किया जाता है।
प्रश्न: पेट्रोलियम कोक को अक्सर अपचायक के रूप में चारकोल के साथ क्यों मिश्रित किया जाता है?
पेट्रोलियम कोक उच्च स्थिर कार्बन और कम राख प्रदान करता है, जबकि चारकोल अधिक प्रतिक्रियाशील है और चार्ज पारगम्यता बनाए रखने में मदद करता है। दोनों का मिश्रण प्रतिक्रियाशीलता, लागत और भट्ठी में प्रवेश करने वाले अशुद्धता भार को संतुलित करता है।
प्रश्न: भट्ठी में सिलिकॉन कार्बाइड का बनना एक समस्या क्यों है?
सिलिकॉन कार्बाइड एक सामान्य मध्यवर्ती है, लेकिन यदि कार्बन संतुलन बहुत अधिक हो जाता है तो यह चूल्हे में जमा हो जाता है। बिल्डअप से कार्य की मात्रा कम हो जाती है, वर्तमान वितरण बाधित हो जाता है और अंततः भट्ठी को साफ करने की आवश्यकता होती है।
प्रश्न: बंद -गैस का क्या होता है?
कार्बन मोनोऑक्साइड आवेश छोड़ता है और सतह पर जलता है, और गैस के साथ ले जाया गया महीन सिलिका गैस सफाई प्रणाली में एकत्र हो जाता है। वह माइक्रोसिलिका एक बिक्री योग्य उत्पाद है जिसका उपयोग दुर्दम्य और ठोस अनुप्रयोगों में किया जाता है।
प्रश्न: क्वार्ट्ज को इतनी सावधानी से आकार देने की आवश्यकता क्यों है?
बहुत महीन क्वार्ट्ज़ गैस को बाहर निकलने से रोकता है और बहुत मोटा क्वार्ट्ज़ कम होने से पहले प्रतिक्रिया क्षेत्र छोड़ देता है। एक नियंत्रित आकार सीमा चार्ज को पारगम्य रखती है और गैस को गुजरने देती है जबकि चार्ज इलेक्ट्रोड के चारों ओर स्थिर रूप से उतरता है।
प्रश्न: सिलिकॉन धातु का उत्पादन कितना ऊर्जा गहन है?
यह सर्वाधिक बिजली-गहन प्रगलन प्रक्रियाओं में से एक है, क्योंकि कमी के लिए 2000 डिग्री सेल्सियस के करीब निरंतर तापमान की आवश्यकता होती है। प्रति टन बिजली की खपत नियंत्रित लागत कारक है, और संयंत्र आमतौर पर वहां लगाए जाते हैं जहां बिजली स्थिर और प्रतिस्पर्धी कीमत होती है।
