ยังไงโลหะซิลิคอนสร้างขึ้น: ควอตซ์ คาร์บอน และเตาอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำ

โลหะซิลิคอนผลิตขึ้นโดยการลดคาร์บอเทอร์มิกของควอตซ์ในเตาอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำ โดยใช้สารรีดักท์คาร์บอนที่อุณหภูมิสูงมาก กระบวนการเปลี่ยนซิลิกาให้เป็นซิลิคอนเกรด-ทางโลหะวิทยาโดยมีระดับสิ่งเจือปนที่ควบคุม ซึ่งจากนั้นจะถูกหล่อ บด และให้คะแนนสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมในโลหะผสมอลูมิเนียม เคมีซิลิคอนอินทรีย์ และการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

การเดินทางจากควอตซ์ดิบไปสู่ความสำเร็จโลหะซิลิคอนเป็นหนึ่งในกระบวนการที่ใช้พลังงานมากที่สุด-ในโลหะวิทยาสมัยใหม่ ซึ่งแตกต่างจากโลหะหลายชนิดที่สกัดจากแร่โดยวิธีน้ำหรือไพโรเมทัลโลจิคัล การผลิตซิลิคอนต้องอาศัยปฏิกิริยารีดักชันในสถานะของแข็ง-โดยตรงที่ต้องการอุณหภูมิสูงกว่า 1,800 องศาเซลเซียส บทความนี้จะอธิบายแต่ละขั้นตอนของกระบวนการผลิต ตั้งแต่การเลือกวัตถุดิบไปจนถึงการตรวจสอบการควบคุมคุณภาพขั้นสุดท้ายที่กำหนดว่าชุดของซิลิคอนอุตสาหกรรมตรงตามข้อกำหนดที่กำหนดโดยโรงถลุงอะลูมิเนียม โรงงานเคมี หรือผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์

การลดคาร์โบเธอร์มิกคืออะไร?

การลดคาร์บอเทอร์มิกเป็นกระบวนการไพโรเมทัลโลจิคัลซึ่งออกไซด์ของโลหะจะถูกรีดิวซ์ให้อยู่ในรูปธาตุโดยใช้คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์ ในการผลิตโลหะซิลิกอน สามารถสรุปปฏิกิริยาโดยรวมได้เนื่องจาก SiO2 บวก 2C ให้ผลลัพธ์ Si บวก 2CO ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เกิดขึ้นจะออกจากเตาหลอมและโดยทั่วไปจะถูกเผาไหม้หรือนำกลับมาใช้ใหม่ ปฏิกิริยานี้ต้องการอุณหภูมิที่คงที่เหนือจุดหลอมเหลวของซิลิคอน เนื่องจากพันธะออกซิเจนของซิลิคอน-มีความแข็งแรงเป็นพิเศษ

1. การคัดเลือกและการเตรียมวัตถุดิบ

คุณภาพของสำเร็จรูปโลหะซิลิคอนถูกกำหนดโดยพื้นฐานจากความบริสุทธิ์ของวัสดุตั้งต้น ต้องมีอินพุตสองประเภท: วัตถุดิบตั้งต้นที่มีแบริ่งซิลิกอน- และสารรีดิวซ์คาร์บอน แต่ละอย่างจะต้องมาจากแหล่งที่มา ทดสอบ และผสมอย่างระมัดระวังก่อนเข้าเตาเผา

ควอตซ์และซิลิกา: แหล่งซิลิคอน

วัตถุดิบตั้งต้นของซิลิกอนคือควอตซ์หรือควอทซ์ไซต์ที่มีความบริสุทธิ์สูง- ซึ่งเป็นรูปแบบผลึกของซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) เงินฝากควอทซ์ไม่เหมาะสำหรับซิลิคอนเกรดโลหะวิทยา-การผลิต. ควอตซ์ต้องเป็นไปตามเกณฑ์ทางเคมีที่เข้มงวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่เกี่ยวกับระดับของอะลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) เหล็กออกไซด์ (Fe2O3) และแคลเซียมออกไซด์ (CaO) เนื่องจากสิ่งเจือปนเหล่านี้รายงานโดยตรงไปยังโลหะขั้นสุดท้าย และยากต่อการขจัดออกเมื่อใส่เข้าไป

ข้อกำหนดเฉพาะของควอตซ์โลหะวิทยาทั่วไปกำหนดให้มีปริมาณ SiO2 สูงกว่า 98.5 เปอร์เซ็นต์ โดยมี Al2O3 ต่ำกว่า 0.6 เปอร์เซ็นต์ Fe2O3 ต่ำกว่า 0.2 เปอร์เซ็นต์ และ CaO ต่ำกว่า 0.15 เปอร์เซ็นต์ ควอตซ์-เกรดต่ำสามารถใช้กับเกรด-ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์ต่ำได้ แต่ผู้ผลิตที่ตั้งเป้าหมายไว้ที่เกรด 3303 หรือ 2202 ต้องการวัตถุดิบที่สะอาดเป็นพิเศษ ควอตซ์ถูกบดและคัดกรองให้มีช่วงขนาดสม่ำเสมอ โดยทั่วไปคือ 10 ถึง 80 มิลลิเมตร เพื่อให้แน่ใจว่าการซึมผ่านของเบดและจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาภายในเตาเผามีความสม่ำเสมอ

สารรีดักท์คาร์บอน: ปิโตรเลียมโค้ก ถ่าน และถ่านหิน

สารรีดิวซ์มีความสำคัญพอๆ กับควอตซ์ คาร์บอนสามประเภทหลักที่ใช้ในเชิงพาณิชย์โลหะซิลิคอนการผลิต: ปิโตรเลียมโค้ก ถ่าน และถ่านหินโลหะวิทยาที่มีเถ้าต่ำ- แต่ละชนิดมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันซึ่งส่งผลต่อการทำงานของเตาเผาและคุณภาพของผลิตภัณฑ์

ปิโตรเลียมโค้กเป็นสารรีดักท์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดเนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนคงที่สูง เถ้าต่ำ และต้นทุนต่ำ มันเป็นผลพลอยได้จากการกลั่นน้ำมันและให้คาร์บอนจำนวนมากที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยารีดักชัน อย่างไรก็ตาม ปิโตรเลียมโค้กมีปริมาณกำมะถันค่อนข้างสูง ซึ่งสามารถนำสิ่งเจือปนของกำมะถันเข้าไปในโลหะซิลิกอนได้หากไม่ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง

ถ่านที่ผลิตจากไม้มีข้อดีคือมีเถ้าต่ำมากและมีปริมาณกำมะถันเล็กน้อย มักจะผสมกับปิโตรเลียมโค้กเมื่อผลิตโลหะซิลิคอนเกรดที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า- ข้อเสีย-คือถ่านมีราคาแพงกว่าและมีความหนาแน่นรวมต่ำกว่า ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของเตาเผา ในภูมิภาคที่สามารถเข้าถึงป่าไม้ที่ยั่งยืน ถ่านยังคงเป็นสารรีดักท์ที่แนะนำสำหรับซิลิคอนเกรดพรีเมียม-

ถ่านหินที่มีเถ้าต่ำ-ทำหน้าที่เป็นรีดักแทนต์เสริมในการดำเนินงานบางอย่าง ต้องมีปริมาณเถ้าต่ำกว่า 8 เปอร์เซ็นต์และมีกำมะถันต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนในผลิตภัณฑ์ โดยทั่วไปถ่านหินมักไม่ค่อยนิยมใช้มากกว่าปิโตรเลียมโค้กหรือถ่านไม้ แต่สามารถให้ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนในบางพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ได้

การผสมและการอัดวัสดุ

ก่อนที่จะชาร์จเข้าไปในเตาหลอม ควอทซ์และสารรีดักท์คาร์บอนจะถูกชั่งน้ำหนักและผสมตามสูตรที่คำนวณไว้ อัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ของคาร์บอนต่อซิลิกาในทางทฤษฎีคือคาร์บอน 2 โมลต่อโมลของ SiO2 แต่ในทางปฏิบัติ คาร์บอนส่วนเกินจะถูกใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการลดลงอย่างสมบูรณ์ และเพื่อชดเชยการสูญเสียคาร์บอนจากการเผาไหม้และปฏิกิริยาข้างเคียง โดยทั่วไปส่วนผสมจะถูกชาร์จจากด้านบนของเตาเผาโดยใช้ระบบการชาร์จอัตโนมัติที่กระจายวัสดุอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งหน้าตัดของเตาเผา-

2. เตาอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำ: หัวใจของกระบวนการ

ที่เตาอาร์คจมอยู่ใต้น้ำ(SAF) เป็นเทคโนโลยีที่กำหนดอุตสาหกรรมโลหะซิลิคอน เตาไฟฟ้านี้ได้ชื่อมาจากการที่ปลายอิเล็กโทรดจมอยู่ใต้น้ำใต้พื้นผิวของส่วนผสมที่มีประจุ ทำให้เกิดส่วนโค้งไฟฟ้าที่สร้างความร้อนสูงในโซนปฏิกิริยาพร้อมทั้งป้องกันส่วนโค้งจากบรรยากาศ

การออกแบบเตาหลอมและการกำหนดค่าอิเล็กโทรด

เตาอาร์คจมอยู่ใต้น้ำอุตสาหกรรมสำหรับโลหะซิลิคอนโดยทั่วไปการผลิตจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10 ถึง 50 เมกะวัตต์ในระดับพลังงานไฟฟ้า เปลือกเตาเป็นภาชนะเหล็กทรงกลมหรือสี่เหลี่ยมเรียงรายไปด้วยอิฐทนไฟและบล็อกคาร์บอนที่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรงและสภาวะทางเคมีภายใน อิเล็กโทรดสำหรับการอบกราไฟต์หรือตัวเอง-สามชิ้นถูกจัดเรียงในรูปแบบสามเหลี่ยมและทะลุผ่านหลังคาเข้าไปในประจุ

อิเล็กโทรดเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ AC สาม- เฟส และเคลื่อนย้ายในแนวตั้งโดยระบบกำหนดตำแหน่งแบบไฮดรอลิกหรือเครื่องกลไฟฟ้า ผู้ปฏิบัติงานควบคุมความลึกของการจุ่มอิเล็กโทรดเพื่อรักษาภาระไฟฟ้าให้คงที่และการกระจายความร้อนที่เหมาะสมที่สุด การแช่ที่ตื้นเกินไปทำให้เกิดความโค้งของพื้นผิวและการสูญเสียไอระเหยของซิลิคอน การแช่ลึกเกินไปอาจทำให้เกิดสภาพไฟฟ้าที่ไม่เสถียรและการซึมผ่านของก๊าซไม่ดี

โซนปฏิกิริยาและโปรไฟล์อุณหภูมิ

ภายในเตาหลอม โซนอุณหภูมิที่แตกต่างกันจะพัฒนาจากบนลงล่าง ในโซนอุ่นร้อนด้านบน วัสดุที่มีประจุจากมากไปน้อยจะถูกทำให้ร้อนโดยการเพิ่มก๊าซร้อนให้มีอุณหภูมิประมาณ 500 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ในกรณีนี้ ความชื้นที่ตกค้างจะถูกขับออกไป และอาจเกิดปฏิกิริยาเบื้องต้นบางอย่างได้ ในโซนตรงกลาง อุณหภูมิจะสูงขึ้นประมาณ 1,500 ถึง 1,800 องศาเซลเซียส ซึ่งเกิดการลดลงบางส่วนและการก่อตัวของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)

โซนปฏิกิริยาวิกฤตจะอยู่ที่ด้านล่างของเตาเผา ตรงใต้ปลายอิเล็กโทรด ซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 1,800 ถึง 2,100 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมิเหล่านี้ ซิลิคอนคาร์ไบด์จะทำปฏิกิริยากับซิลิกาเพื่อสร้างซิลิคอนหลอมเหลวและคาร์บอนมอนอกไซด์ ซิลิคอนหลอมเหลวจะสะสมอยู่ที่ก้นเตา และถูกต๊าปผ่านรูก๊อกที่เจาะในวัสดุทนไฟเป็นระยะๆ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์จะเพิ่มขึ้นผ่านคอลัมน์ประจุและออกทางช่องไอเสียที่ด้านบนเตาหลอม

การไล่ระดับอุณหภูมิภายในเตาอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำมีความชันอย่างมาก ระยะห่างเพียงไม่กี่เมตรจะแยกโซนอุ่นความร้อนที่ค่อนข้างเย็นออกจากโซนปฏิกิริยา ซึ่งวัสดุทนไฟเข้าใกล้ขีดจำกัดการอ่อนตัว นี่คือเหตุผลที่การออกแบบและการบำรุงรักษาซับในเตาเผามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน

การทำงานทางไฟฟ้าและการใช้พลังงาน

การใช้พลังงานเป็นตัวขับเคลื่อนต้นทุนที่ใหญ่ที่สุดเพียงตัวเดียวโลหะซิลิคอนการผลิต. การใช้พลังงานเฉพาะโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 11 ถึง 14 เมกะวัตต์-ชั่วโมงต่อเมตริกตันของโลหะซิลิกอนที่ผลิตได้ ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของเตาเผา คุณภาพของวัตถุดิบ และการปฏิบัติงาน อิเล็กโทรดใช้คาร์บอนผ่านออกซิเดชันที่พื้นผิวสัมผัสและจากปฏิกิริยาที่ปลาย ทำให้ต้องเติมวัสดุอิเล็กโทรดใหม่เป็นระยะ

ผู้ควบคุมเตาจะตรวจสอบพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า รวมถึงกระแสเฟส แรงดันไฟฟ้า ตัวประกอบกำลัง และตำแหน่งอิเล็กโทรดแบบเรียลไทม์ ระบบควบคุมขั้นสูงใช้การวัดเหล่านี้เพื่อปรับตำแหน่งอิเล็กโทรดโดยอัตโนมัติ รักษาการทำงานที่มีเสถียรภาพ ในขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการนำซิลิคอนกลับคืนมาสูงสุด

3. การต๊าป การหล่อ และการแข็งตัว

เมื่อมีซิลิคอนหลอมเหลวสะสมที่ก้นเตาในปริมาณที่เพียงพอ รูก๊อกจะถูกเปิดโดยใช้หอกออกซิเจนหรืออุปกรณ์เจาะ และโลหะเหลวจะไหลลงในทัพพีหรือลงบนพื้นผิวการหล่อโดยตรง กระบวนการกรีดต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการใส่ตะกรันมากเกินไปในผลิตภัณฑ์

การแยกและการกลั่นตะกรัน

ตะกรันจำนวนเล็กน้อยจะก่อตัวในระหว่างกระบวนการรีดักชัน ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยซิลิกาที่ไม่ทำปฏิกิริยา แคลเซียมออกไซด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์ ตะกรันนี้มีความหนาแน่นน้อยกว่าซิลิคอนหลอมเหลว และลอยอยู่บนพื้นผิวโลหะ ทำให้สามารถแยกตัวตามธรรมชาติระหว่างการกรีด ในการดำเนินการบางอย่าง ซิลิคอนหลอมเหลวจะถูกถ่ายโอนไปยังทัพพีกลั่น โดยที่อาจมีการเพิ่มสารก่อรูปตะกรัน-เพิ่มเติมเพื่อดักจับสิ่งเจือปนที่ตกค้างก่อนการหล่อขั้นสุดท้าย

วิธีการหล่อ

มีการใช้แนวทางการหล่อหลักสองวิธีในอุตสาหกรรม วิธีการดั้งเดิมเทซิลิคอนหลอมเหลวลงในเหล็กหรือแม่พิมพ์เหล็กหล่อ เพื่อให้ได้แท่งหรือก้อนที่มีขนาดเท่ากันโดยประมาณ อีกวิธีหนึ่งคือการหล่อโลหะลงบนเตียงหล่อที่เคลื่อนที่ได้หรือลงในหลุม ทำให้เกิดแผ่นคอนกรีตขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งจะแตกหักในเวลาต่อมา วิธีการหล่อส่งผลต่อโครงสร้างภายในของโลหะที่แข็งตัว และอาจส่งผลต่อพฤติกรรมการแตกหักในระหว่างการบดครั้งต่อไป

เมื่อซิลิคอนเย็นลงและแข็งตัว ปริมาตรจะลดลงอย่างมาก บล็อกหรือแผ่นคอนกรีตที่แข็งตัวแล้วได้รับอนุญาตให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง ซึ่งเป็นกระบวนการที่อาจใช้เวลาหลายชั่วโมงสำหรับการหล่อขนาดใหญ่ โดยทั่วไปแล้วจะหลีกเลี่ยงการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วสามารถสร้างรอยแตกภายในที่ทำให้การประมวลผลดาวน์สตรีมยุ่งยาก

4. การจำแนกประเภทการบดและขนาด

เมื่อเย็นเต็มที่แล้วจึงแข็งตัวโลหะซิลิคอนจะต้องแบ่งเป็นเศษส่วนขนาดที่ลูกค้าต้องการ ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้เครื่องบดกราม เครื่องบดกรวย และเครื่องบดกระแทก ตามด้วยการคัดกรองบนพื้นสั่นสะเทือน

เศษส่วนขนาดมาตรฐาน

ข้อกำหนดขนาดเชิงพาณิชย์ที่พบบ่อยที่สุดสำหรับซิลิคอนอุตสาหกรรมคือ 10 ถึง 50 มม., 10 ถึง 100 มม. และ 50 ถึง 150 มม. ลูกค้าบางราย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเคมี ต้องการเศษส่วนที่ละเอียดกว่า เช่น 0 ถึง 10 มิลลิเมตร หรือแม้แต่เกรดผงที่ต่ำกว่า 1 มิลลิเมตร โดยทั่วไปโรงบดและคัดกรองจะมีเครื่องแยกแม่เหล็กเพื่อขจัดการปนเปื้อนของเหล็กที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการบด

ช่วงขนาด	แอปพลิเคชันทั่วไป	ความอดทนที่ร้องขอทั่วไป
10-50 มม	การผสมอลูมิเนียม การเติมทัพพี	สูงสุด 5% นอกช่วง
10-100 มม	การใช้โลหะวิทยาทั่วไป	สูงสุด 5% นอกช่วง
50-150 มม	การชาร์จเตาขนาดใหญ่	สูงสุด 5% นอกช่วง
0-10 มม	วัตถุดิบในการสังเคราะห์ทางเคมี	ค่าปรับสูงสุด 10%
ผง (<1 mm)	การใช้งานทางเคมีแบบพิเศษ	ข้อกำหนดที่กำหนดเอง

การควบคุมฝุ่นและการจัดการค่าปรับ

การบดโลหะซิลิกอนจะทำให้เกิดฝุ่นละเอียดในปริมาณมาก ซึ่งก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพและการระเบิด โรงงานสมัยใหม่ใช้วงจรบดแบบปิดพร้อมระบบแยกฝุ่นที่จะเก็บค่าปรับสำหรับการขายเป็น-ผลพลอยได้ที่มีมูลค่าต่ำกว่าหรือสำหรับการรีไซเคิลภายใน ผู้ปฏิบัติงานในพื้นที่บดต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันระบบทางเดินหายใจ เนื่องจากฝุ่นซิลิกอนอาจทำให้เกิดซิลิโคซิสได้หากสูดดมเป็นเวลานาน

5. ระบบเกรดโลหะซิลิคอน

ทางการค้าโลหะซิลิคอนถูกจำแนกตามระบบตัวเลขสี่-หลักซึ่งระบุระดับสูงสุดที่อนุญาตของสิ่งเจือปนหลักสามชนิด ได้แก่ เหล็ก อลูมิเนียม และแคลเซียม การทำความเข้าใจระบบการให้เกรดนี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับผู้ซื้อและซัพพลายเออร์เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุนั้นตรงตามข้อกำหนดของการใช้งานที่ต้องการ

การอ่านรหัสเกรด

รหัสสี่-หลักอ่านได้ดังนี้: หลักแรกหมายถึงปริมาณธาตุเหล็กสูงสุดในหนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์ หลักที่สองหมายถึงปริมาณอะลูมิเนียมสูงสุดในหนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์ และหลักที่สามและสี่รวมกันแสดงถึงปริมาณแคลเซียมสูงสุดในหนึ่งในร้อยของเปอร์เซ็นต์ ค่าทั้งหมดเป็นค่าสูงสุด และการวิเคราะห์จริงอาจแสดงระดับสิ่งเจือปนที่ต่ำกว่า

ระดับ	แม็กซ์เฟ (%)	แม็กซ์ อัล (%)	แม็กซ์ Ca (%)	มินซี (%)	การใช้งานหลัก
553	0.50	0.50	0.30	98.5	โลหะผสมอลูมิเนียม
441	0.40	0.40	0.10	99.0	อลูมิเนียมเคมีทั่วไป
3303	0.30	0.30	0.03	99.3	ซิลิกอนอินทรีย์ โลหะผสมเกรดสูง-
2202	0.20	0.20	0.02	99.5	สารตั้งต้นของซิลิคอนเกรดพลังงานแสงอาทิตย์-
1101	0.10	0.10	0.01	99.7	สารตั้งต้นของเซมิคอนดักเตอร์

เกรด 553 เป็นเกรดที่ผลิตและบริโภคกันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยส่วนใหญ่ให้บริการในอุตสาหกรรมอะลูมิเนียมที่มีการเติมซิลิคอนลงในอะลูมิเนียมเพื่อปรับปรุงความสามารถในการหล่อและความแข็งแรง เกรด 441 มีสิ่งเจือปนน้อยกว่าสำหรับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพที่ดีขึ้น เกรด 3303 และ 2202 ถือว่ามีความบริสุทธิ์สูงกว่า-ซิลิคอนอุตสาหกรรมและควบคุมราคาระดับพรีเมียมเนื่องจากต้องการวัตถุดิบที่เหนือกว่าและการควบคุมเตาเผาที่แม่นยำยิ่งขึ้น

องค์ประกอบการติดตามและข้อมูลจำเพาะเพิ่มเติม

นอกเหนือจากระบบแคลเซียมที่เป็นเหล็ก-อะลูมิเนียม- การใช้งานบางอย่างยังกำหนดขีดจำกัดให้กับธาตุอื่นๆ ไทเทเนียม ฟอสฟอรัส และโบรอนมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับซิลิคอนที่ใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ เนื่องจากองค์ประกอบเหล่านี้ลดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของโพลีซิลิคอนขั้นสุดท้าย ผู้ซื้อในห่วงโซ่อุปทานพลังงานแสงอาทิตย์มักจะระบุไทเทเนียมสูงสุดต่ำกว่า 200 ส่วนต่อล้าน ฟอสฟอรัสต่ำกว่า 50 ส่วนต่อล้าน และโบรอนต่ำกว่า 10 ส่วนต่อล้าน แม้ว่าขีดจำกัดที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปตามลูกค้า

6. โปรโตคอลการควบคุมคุณภาพและการทดสอบ

รับประกันคุณภาพทอตลอดโลหะซิลิคอนกระบวนการผลิตตั้งแต่การตรวจสอบวัตถุดิบที่เข้ามาจนถึงการรับรองผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย โปรแกรมการควบคุมคุณภาพที่ครอบคลุมช่วยปกป้องทั้งผู้ผลิตและลูกค้าโดยทำให้แน่ใจว่าการขนส่งทุกครั้งเป็นไปตามข้อกำหนดทางเคมีและกายภาพที่ระบุไว้

ใน-การตรวจสอบกระบวนการ

ในระหว่างการทำงานของเตาหลอม จะมีการเก็บตัวอย่างโลหะที่เคาะเป็นระยะๆ และวิเคราะห์หาปริมาณซิลิคอนและสิ่งสกปรกที่สำคัญโดยใช้รังสีเอกซ์-เรืองแสง (XRF) หรือออปติคอลอีมิชชันสเปกโตรเมทรี (OES) วิธีการวิเคราะห์ที่รวดเร็วเหล่านี้ให้ผลป้อนกลับภายในไม่กี่นาที ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานเตาหลอมสามารถปรับส่วนผสมของวัตถุดิบหรือพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าได้ หากผลิตภัณฑ์หลุดออกไปนอกหน้าต่างองค์ประกอบเป้าหมาย

การตรวจสอบอุณหภูมิของเปลือกเตาเผา ก๊าซไอเสีย และระบบทำความเย็น ให้การเตือนล่วงหน้าถึงสภาวะผิดปกติที่อาจส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์หรือความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน การวิเคราะห์องค์ประกอบของก๊าซที่ปิดเตาเผา-ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานประเมินความสมบูรณ์ของปฏิกิริยารีดักชัน และตรวจจับการแทรกซึมของอากาศที่อาจก่อให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของซิลิคอน

การทดสอบผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

หลังจากการบดและกำหนดขนาด ตัวอย่างที่เป็นตัวแทนจะถูกรวบรวมจากชุดการผลิตแต่ละชุดตามเกณฑ์วิธีสุ่มตัวอย่างที่ได้มาตรฐาน ตัวอย่างเหล่านี้ได้รับการวิเคราะห์ทางเคมีอย่างเต็มรูปแบบสำหรับองค์ประกอบที่ระบุทั้งหมด การกระจายขนาดอนุภาคได้รับการตรวจสอบโดยการวิเคราะห์ตะแกรงเพื่อยืนยันการปฏิบัติตามเศษส่วนของขนาดที่สั่งซื้อ การตรวจสอบด้วยสายตาเพื่อตรวจหาสิ่งแปลกปลอม การเคลือบออกไซด์มากเกินไป หรือลักษณะพื้นผิวที่ผิดปกติ

สำหรับการจัดส่งเพื่อการส่งออก ห้องปฏิบัติการอิสระของบุคคลที่สาม- เช่น SGS, Bureau Veritas หรือ Intertek มักจะมีส่วนร่วมในการตรวจสอบและวิเคราะห์ก่อนการจัดส่ง ใบรับรองการตรวจสอบที่ได้ให้การตรวจสอบคุณภาพที่เป็นกลางซึ่งได้รับความไว้วางใจจากผู้ซื้อทั่วโลก ZhenAn International Co., Limited รองรับมาตรฐานการทดสอบ SGS, GB และ ASTM เพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้าที่หลากหลาย

ความสมบูรณ์ของบรรจุภัณฑ์และการควบคุมความชื้น

แม้จะผ่านการทดสอบทางเคมีและกายภาพแล้วโลหะซิลิคอนอาจถูกทำลายโดยการดูดซับความชื้นระหว่างการเก็บรักษาและการขนส่ง การควบคุมคุณภาพจึงครอบคลุมถึงการตรวจสอบบรรจุภัณฑ์ เพื่อให้แน่ใจว่าถุงหรือภาชนะบรรจุไม่เสียหายและปิดผนึกอย่างเหมาะสม โดยทั่วไปปริมาณความชื้นของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะได้รับการตรวจสอบก่อนจัดส่ง โดยมีระดับสูงสุดที่ยอมรับได้ตั้งแต่ 0.5 ถึง 1.0 เปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของลูกค้า

ประเด็นสำคัญ

โลหะซิลิคอนผลิตโดยการลดคาร์บอเทอร์มิกของควอตซ์โดยใช้สารรีดักท์คาร์บอนในเตาอาร์กแบบจุ่มที่อุณหภูมิ 1800-2100 องศาเซลเซียส
คุณภาพของวัตถุดิบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความบริสุทธิ์ของควอตซ์และปริมาณเถ้าคาร์บอน จะเป็นตัวกำหนดเกรดของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายโดยตรง
ระบบการกำหนดหมายเลขเกรด (553, 441, 3303, 2202) เข้ารหัสระดับสิ่งเจือปน Fe, Al และ Ca สูงสุดในส่วนต่อพันส่วน
การใช้พลังงานเป็นต้นทุนการผลิตที่สำคัญ ทำให้ราคาไฟฟ้าเป็นปัจจัยสำคัญในที่ตั้งโรงงานและความสามารถในการแข่งขัน
การควบคุมคุณภาพที่ครอบคลุม รวมถึง-การรับรองจากบุคคลที่สาม เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการตอบสนองข้อกำหนดที่เข้มงวดของลูกค้าอะลูมิเนียม เคมี และเซลล์แสงอาทิตย์

คำถามที่พบบ่อย

วัตถุดิบอะไรที่ใช้ในการผลิตโลหะซิลิกอน?

วัตถุดิบหลักสำหรับโลหะซิลิคอนการผลิตคือ-ควอตซ์หรือซิลิกาความบริสุทธิ์สูง (SiO2) เป็นแหล่งซิลิคอน และใช้สารรีดิวซ์คาร์บอน รวมถึงปิโตรเลียมโค้ก ถ่าน และถ่านหิน-เถ้าต่ำ ควอตซ์ต้องมีอะลูมิเนียม เหล็ก และแคลเซียมออกไซด์ในระดับต่ำเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

เตาอาร์คแบบจุ่มคืออะไร และทำงานอย่างไร

เตาอาร์กแบบจุ่ม (SAF) คือเตาไฟฟ้าที่ปลายอิเล็กโทรดฝังอยู่ใต้ส่วนผสมประจุของควอตซ์และคาร์บอน ส่วนโค้งไฟฟ้าจะสร้างความร้อนเข้มข้นใต้พื้นผิว ซึ่งมีอุณหภูมิเพียงพอสำหรับการลดคาร์บอเทอร์มิก ขณะเดียวกันก็ลดการสูญเสียไอระเหยของซิลิคอนให้เหลือน้อยที่สุด

ตัวเลขเกรดโลหะซิลิกอน (553, 441, 3303, 2202) หมายถึงอะไร?

รหัสสี่-หลักระบุระดับสิ่งเจือปนสูงสุดในส่วนต่างๆ ต่อพันส่วน โดยหลักแรกคือปริมาณธาตุเหล็กสูงสุด หลักที่สองคืออะลูมิเนียม และสองหลักสุดท้ายหมายถึงแคลเซียม ตัวอย่างเช่น 553 หมายถึง Fe สูงสุด 0.50% Al สูงสุด 0.50% และ Ca สูงสุด 0.30% ตัวเลขที่ต่ำกว่าแสดงถึงความบริสุทธิ์ที่สูงขึ้น

เหตุใดจึงใช้คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์ในการผลิตโลหะซิลิคอน

คาร์บอนถูกใช้เนื่องจากมีสัมพรรคภาพสูงกับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง ที่อุณหภูมิเตาหลอม คาร์บอนจะลดซิลิกา (SiO2) ให้เป็นธาตุซิลิกอนในขณะเดียวกันก็เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนยังมีต้นทุน-ที่คุ้มค่า หาได้ง่าย และก่อให้เกิดก๊าซผลพลอยได้ที่สามารถจัดการได้

ช่วงอุณหภูมิใดที่จำเป็นสำหรับการลดคาร์บอเทอร์มิกของซิลิกา

การลดคาร์บอเทอร์มิกของซิลิกาไปโลหะซิลิคอนมักเกิดขึ้นที่อุณหภูมิระหว่าง 1800 C ถึง 2100 C ภายในเตาอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำ อุณหภูมิที่สูงมากเหล่านี้จำเป็นต่อการเอาชนะเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์ของพันธะออกซิเจนของซิลิคอน- และผลักดันปฏิกิริยารีดักชันไปข้างหน้า

การหล่อโลหะซิลิกอนและแบ่งออกเป็นขนาดเชิงพาณิชย์เป็นอย่างไร

โลหะซิลิกอนหลอมเหลวจะถูกเคาะออกจากเตาหลอมและเทลงในแม่พิมพ์หล่อหรือบนเตียงหล่อ ซึ่งจะแข็งตัวเป็นบล็อกหรือแผ่นคอนกรีตขนาดใหญ่ หลังจากการทำความเย็น โลหะแข็งจะถูกบดและคัดกรองเป็นเศษส่วนขนาดมาตรฐาน เช่น 10-50 มม., 10-100 มม. หรือช่วงที่กำหนดเองตามความต้องการของลูกค้า

มีการทดสอบการควบคุมคุณภาพอะไรบ้างกับโลหะซิลิกอน

การควบคุมคุณภาพประกอบด้วยการวิเคราะห์ทางเคมีสำหรับความบริสุทธิ์ของซิลิคอนและธาตุรอง (Fe, Al, Ca, Ti, P, B) การตรวจสอบการกระจายขนาดอนุภาค การตรวจสอบด้วยสายตาเพื่อดูสิ่งแปลกปลอม และการตรวจสอบปริมาณความชื้น ใบรับรองบุคคลที่สาม-จาก SGS หรือห้องปฏิบัติการที่เทียบเท่ามักจัดให้มีไว้สำหรับการจัดส่งเพื่อการส่งออก

ติดต่อเราสำหรับการจัดหาโลหะซิลิคอน

ZhenAn International Co., Limited มีประสบการณ์มากกว่า 30 ปีในการผลิตวัตถุดิบโลหะผสมและโลหะผสม ด้วยโรงงานขนาด 30,000 ตารางเมตร กำลังการผลิต 150,000 ตันต่อปี และการควบคุมคุณภาพที่ได้รับการรับรองจาก SGS- เราจึงส่งมอบเกรดโลหะซิลิกอนที่สม่ำเสมอให้กับโรงถลุงอะลูมิเนียม ผู้ผลิตสารเคมี และผู้ผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วโลก

ขอใบเสนอราคา

เจิ้นอัน อินเตอร์เนชั่นแนล บจก

ชั้น 25 ศูนย์การค้า Huafu เขตเหวินเฟิง เมืองอันหยาง มณฑลเหอหนาน

อีเมล:sales@zanewmetal.com| เว็บไซต์:www.ferro-vanadium.com

วิธีการผลิตโลหะซิลิคอน: ควอตซ์ คาร์บอน และเตาอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำ