Què és la pols de silici metàl·lic
La pols de silici metàl·lic es produeix mitjançant la mòlta de silici metàl·lic, que la indústria també anomena silici cristal·lí o silici industrial. El metall en si es fon en un forn d'arc elèctric submergit a partir de quars o quarsita i un reductor de carboni com el coc, i el contingut de silici del producte resultant sol ser d'entre el 98% i el 99%, amb ferro, alumini i calci com a impureses principals. Com que la pols s'obté per fresat de metall sòlid, la seva química coincideix amb el lingot principal; només canvien la forma física, la mida de la partícula i la superfície específica. Les famílies de productes d'aquest sector inclouen pols de silici metàl·lic graduat, escòries de silici i silici fora de grau.
Una distinció importa a l'hora de comprar. La pols de silici metàl·lic fresat és un producte metàl·lic amb un contingut de silici proper al 98% i una mida de partícula normalment entre uns 45 i 200 micròmetres. El fum de sílice, de vegades anomenat micropols de silici, és un subproducte extremadament fi recollit del gas del forn amb partícules un ordre de magnitud més petites i una estructura amorfa. Els dos no són intercanviables en cap aplicació, i el material sempre s'ha d'especificar per la química i la mida de les partícules en lloc d'un nom col·loquial.
Graus i control químic
El silici metall es classifica pel contingut combinat de ferro, alumini i calci. Les designacions estàndard com Si-553, Si-441, Si-3303 i Si-2202 codifiquen els percentatges màxims permesos d'aquests tres elements, de manera que Si-553 permet fins a un 0,5% de ferro, 0,5% d'alumini i 0,3% de calci, mentre que Si-2202 permet aproximadament un 0,2% de cadascun. La selecció de grau s'acorda normalment amb GB/T 2881, amb anàlisi química realitzada sota les parts rellevants de la sèrie GB/T 14849.
La mida de la pols es tamisa en talls de malla com ara 100, 200, 325 o 400 malles, amb un drap de garbell especificat a GB/T 6003.1 o ASTM E11, i la distribució de la mida de partícules es pot informar per difracció làser per a tasques crítiques. S'han de controlar la humitat, el contingut de fins i el nivell d'oxidació de la superfície, perquè una proporció elevada d'ultrafins augmenta les pèrdues de pols i oxidació durant la fusió.
Aliatge i fosa d'alumini
El silici és l'element d'aliatge més important de la fosa d'alumini. La majoria dels aliatges de silici d'alumini fos contenen silici com a addició principal, i l'element millora la fluïdesa de la colada, redueix l'esquinçament calent, redueix la porositat de la contracció i augmenta la resistència al desgast en aplicacions de pistons i cilindres. Les formes de pols i briquetes s'utilitzen per a les addicions al forn perquè es dissolen ràpidament i permeten un control més proper de la composició final que el material de grumolls grans, especialment en forns d'inducció i gresol petits. Els aliatges hipoeutèctics solen modificar-se amb sodi o estronci, mentre que els aliatges de pistons hipereutèctics es basen en una fase de silici primari controlada i necessiten una química de matèria primera de silici consistent per mantenir l'estructura reproduïble.
Acer, ferroaliatges i usos metal·lúrgics
En la fabricació d'acer, el silici actua com a desoxidant. La seva afinitat per l'oxigen és més alta que la del manganès, de manera que les addicions de material de silici redueixen l'oxigen dissolt i redueixen el risc de defectes de l'espiral. L'element també augmenta la resistivitat elèctrica i millora la permeabilitat magnètica dels acers elèctrics, per això els graus de silici es fonen en ferrosilici en lloc d'afegir-los directament.
Funció de ferrosiliciconsumeix la major part de silici industrial com a matèria primera per a l'aliatge.
Reducció silicotèrmicautilitza silici com a agent reductor en la producció de ferroaliatges baixos en carboni com el ferrovanadi i el ferromolibdè, on el carboni seria inacceptable.
Inoculació i nodularitzacióLa pràctica a les fundicions de ferro es basa en addicions de coixinets de silici per controlar la forma del grafit i la profunditat del refredament.
Desoxidació de l'alumini i refinament del graen la colada contínua es beneficia de la química consistent del silici en l'aliatge principal.
Refractaris, Foneria i Usos en Construcció
La pols de silici s'afegeix als materials colables refractaris, a les mescles d'arrossegament i als materials de batut, on actua com a farciment fi i com a antioxidant que protegeix els maons enllaçats amb carboni de l'oxidació a alta temperatura. En sistemes refractaris exposats a l'escòria, una addició controlada de silici promou la formació d'un enllaç protector de carbur de silici o oxinitrur de silici. Les foneries utilitzen la pols en recobriments de motlles i nuclis, en mànigues exotèrmiques i en algunes formulacions de flux de soldadura, i també apareix en productes abrasius i de fricció on es requereix un farciment dur i estable químicament.
Matèria d'alimentació electrònica i semiconductors
El silici és el material base de la indústria dels semiconductors. La matèria primera per al silici monocristal ultrapur es produeix convertint silici de grau metal·lúrgic en triclorosilà i després dipositant silici purificat, una ruta que parteix del mateix silici industrial que es parla aquí. Els dispositius electrònics construïts amb silici monocristal·lí d'alta puresa ofereixen mida petita, baix pes, alta fiabilitat i llarga vida útil, i aquesta cadena de rendiment depèn de mantenir la matèria primera metal·lúrgica lliure de contaminació de bor, fòsfor i metalls de transició.
Manipulació, emmagatzematge i seguretat
La pols de silici fina és una pols combustible i pot formar una atmosfera explosiva quan es dispersa a l'aire, de manera que els punts de transferència s'han de connectar a terra, excloure les fonts d'ignició i proporcionar extracció local. La humitat s'ha de mantenir fora de les zones d'emmagatzematge i s'ha d'evitar el contacte amb àlcalis forts perquè el silici es dissol en solució alcalina amb evolució d'hidrogen. La pols s'ha d'emmagatzemar en condicions seques i cobertes i s'ha d'utilitzar sota el règim normal de control de pols aplicat a pols metàl·liques reactives.
Preguntes freqüents
P: La pols de silici metàl·lic és el mateix que el fum de sílice?
No. La pols de silici metàl·lic fresat és silici metàl·lic amb un contingut de silici proper al 98% i partícules d'entre desenes i centenars de micròmetres, mentre que el fum de sílice és un subproducte amorf ultrafin del gas de sortida del forn.
P: Què significa una designació de grau com Si-553?
Els dígits donen el contingut màxim de ferro, alumini i calci en dècimes de per cent, de manera que Si-553 significa fins a un 0,5% de ferro, 0,5% d'alumini i 0,3% de calci.
P: Quina mida de malla s'utilitza per a l'aliatge d'alumini?
Els talls gruixuts d'unes 100 a 200 malles són típics per a les addicions al forn, mentre que 325 malles i més fines es reserven per a aplicacions que necessiten una dissolució ràpida o una dispersió fina.
P: La pols de silici funciona com a desoxidant d'acer?
Sí. El silici té una alta afinitat per l'oxigen i redueix l'oxigen dissolt a l'acer, però normalment s'afegeix com a ferrosilici en lloc de com a pols pura en la fabricació d'acer a granel.
P: Com s'ha d'emmagatzemar la pols?
Mantingueu-lo sec i cobert, lluny d'àlcalis forts i fonts d'ignició, i manegeu-lo amb terra i extracció de pols perquè la pols de silici fina és una pols combustible.
P: Per què és important el baix contingut de bor?
El bor i el fòsfor són impureses elèctricament actives que degraden el rendiment dels semiconductors, de manera que la matèria primera per al silici d'alta puresa s'especifica amb límits molt estrictes en ambdós elements.
