硅粉又叫硅灰,主要成分为玻璃态二氧化硅;是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中,随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成。在逸出的烟尘中,二氧化硅含量约占烟尘总量的百分之九十,颗粒度非常小,平均粒度几乎是纳米级别。
包括脉石英、石英岩、石英砂岩,主要分布在梁家寨乡,榆林坪乡、上社镇和西潘乡等地。石英砂岩分布在仙人乡庄只一带。无地质勘查资料,根据各矿点矿床出露长度和宽度,估算地质储量约5000万吨。根据各矿点拣块化验分析,含二氧化硅约在96—99%之间。该矿现有开采点十处。年矿石采出量约3万吨。硅石主要用于玻璃,陶瓷、冶炼、硅铁,工业硅、硅转等。
硅石化学加工
chemical processing of silica
硅石大量用作建筑材料的原料,也是无机盐工业的重要原料。用化学方法可将硅石加工成一系列硅化合物。硅石一般指纯度较高的天然石英砂即二氧化硅,在自然界中分布广,储藏量大,很多国家都有大型优质矿,开采量大。
加工方法硅石经化学加工,除还原生产单质硅外,首先得到硅化合物的母体产品硅酸钠(俗称水玻璃),主要有碱法和硫酸钠法两种(见图)。
碱法硅石不溶于水和酸,但易与碱反应生成硅酸钠,所以碱法是硅石化学加工的主要方法。碱法又分为干法(纯碱法)和湿法(烧碱法)。
①干法(纯碱法) 将含二氧化硅99%以上的硅石粉碎到50~80目,与纯碱按一定比例配合,在1100~1350℃的高温下焙烧4~6h,生成熔融态物料,反应式为:
xSiO2+nNa2CO3─→nNa2O·xSiO2+nCO2
式中x和n的摩尔比称为硅酸钠的模数,工业用硅酸钠的模数一般为10~38。选择不同的配料比可得到不同模数的产品。在高温生产中碱易损失,故配碱量往往要稍高于模数要求的理论量。
得到的熔融物料除含硅酸钠外,还含有未反应的硅石等水不溶物,用水溶解分离掉熔融体中不溶物,得到无色透明的粘稠液体即硅酸钠产品。
干法易于制造高模数的硅酸钠产品,生产条件要求不太苛刻,易于工业生产。但能耗大,操作条件差。
②湿法(烧碱法) 将粉碎至120目以上的硅石粉(SiO2)含量高于99%),与烧碱按一定比例(由产品模数而定)配合,放入带搅拌的加压反应釜中,通蒸汽加热到175℃以上,压力控制在811kPa以上,反应4~6h,冷却后过滤,除去未反应的二氧化硅,即可得到液体硅酸钠产品,反应式为:
xSiO2+2nNaOH─→nNa2O·xSiO2+nH2O
湿法能耗低,操作环境较好,但不易得高模数产品。
硫酸钠法将含二氧化硅达98%的硅石粉碎到80目,与硫酸钠(其配比按产品的模数定)和煤粉按一定比例配合,在反射炉内反应。首先硫酸钠还原成硫化钠,后者与硅石反应得硅酸钠,同时放出二氧化硫。反应式为:
Na2SO4+4C─→Na2S+4CO
nNa2S+xSiO2+3/2nO2─→nNa2O·xSiO2+nSO2
在反应中硫酸钠往往还原不完全,在高温下呈熔融态浮于硅酸钠熔体表面,称为硝水,硝水的腐蚀性极强,易腐蚀炉衬,同时遇水易爆炸。并且该反应中产生二氧化硫,污染环境,故工业上很少采用。
产品用途硅酸钠和二氧化硅是硅石化学加工得到的主要产品。硅酸钠是硅石化学加工产品中用途最广、用量最大的产品,除用于制造多种硅化合物外,还大量用作纸板、胶合板、部分金属材料及铸造工业的粘合剂,肥皂、洗涤剂的添加剂,纸张的性能改良剂,在纺织工业中作棉布煮炼和漂白助剂、织物的防火处理剂、染料的显色剂。此外,还用作水泥助凝剂、木材防腐剂及蛋类的保鲜剂等。硅酸钠经改性后还可作为内外墙涂料。硅酸铝可作玻璃、陶瓷的原料,也可作油漆颜料。硅酸锂可作防腐油漆、金属表面保护剂。
恩,是这样的,主要是因为这些硅的结构不同,工业硅和多晶硅、单晶硅在冶炼时,也练出来时,是根据需要进行冶炼的,所以他们的纯度就会不一样的,而且更重要的是,每一种物质的复合物也是一样的,根据需要进行选择复合的!
不是工业硅通常的硅含量,可达到9700-9900%。这种产品,以前在我国有时称为“结晶硅”,有时称为“纯硅”,1981年GB2881-81《工业硅技术条件》国家标准发布后,正式定名为“工业硅”,工业硅的含义主要是指这种硅是工业纯度的硅。硅铁就是铁和硅组成的铁合金。硅铁是以焦炭、钢屑、石英(或硅石)为原料,用电炉冶炼制成的铁硅合金。由于硅和氧很容易化合成二氧化硅,所以硅铁常用于炼钢时作脱氧剂,同时由于SiO2生成时放出大量的热,在脱氧的同时,对提高钢水温度也是有利的。同时,硅铁还可作为合金元素加入剂,广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中,硅铁在铁合金生产及化学工业中,常用作还原剂。
铁含量小于等于02%,铝含量小于等于02%,钙含量小于等于002%。2022年工业用硅对硅铁铝镁钙含量标准是铁含量小于等于02%,铝含量小于等于02%,钙含量小于等于002%,工业硅又称准金属硅,是本世纪六十年代中期出现的一个商品名称。金属硅是由硅石和碳质还原剂在矿热炉内冶炼成的产品。
工业硅料
是指在工业生产中有广泛用途的硅产品,主要包括:硅铁、金属硅、硅锰、硅铝、钡锰钛铁、硅锰钒铁、硅铝钡铁、硅铝铁、硅钙、硅钢板、铝硅合金、镍铬-镍硅热电偶丝、锰硅合金、稀土硅钙钡、硅钙合金、硅钡合金、硅铬合金、镁硅合金、锗硅合金、硅钴、硅青铜、铁硅合金、锌硅合金、硅钛铁合金、镍硅合金、铝镁、硅合金、铜硅合金等等
天然硅料
这是硅行业内最新的一种产品分类,天然硅料指在自然界中天然形成的,未经深加工的硅原料。具体包括:石英矿石、石英矿砂、石英矿粉;工业水晶矿、工艺水晶矿、宝石级水晶矿;铸造砂;长石;硅藻土、硅灰石、硅灰石膏、花园硅料、日用硅料等
高纯硅料
这是硅行业内最新的一种产品分类,主要是指含硅量比较高的硅材料。具体包括:高纯石英砂、高纯石英粉、打砣砂、光纤硅料、合成硅料、精细硅料等等
光学硅料
主要是指具有优良物理光学性能的材料。主要包括合成水晶棒、光学透镜、光学视窗、波片、光学切片、非线性光学晶体、干涉滤光片、偏振旋转体等等
化学硅料
指经过化学方法处理后用于制取有机硅等所用之有机硅,主要包括: (1)沉淀法白碳黑:亲水性沉淀法白碳黑、疏水性沉淀法白碳黑 (2)气相法白碳黑:亲水性气相法白碳黑、疏水性气相法白碳黑 (3)消光粉:油漆涂料、塑料防粘连剂、补强剂、食品添加剂、喷墨介质吸附剂 (4)硅胶:细孔球型硅胶、细孔块状、粗孔硅胶、粗孔球型硅胶、粗孔微球硅胶、粗孔块状硅胶、变色硅胶、薄层层析硅胶、变压吸附硅胶、蓝色硅胶、C型硅胶、B型硅胶、柱层层析硅胶、硅胶干燥剂、猫砂、硅胶密封条、硅溶胶、硅胶干燥片、液相色谱固定相硅胶
金属硅又称结晶硅或工业硅,其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。 硅是非金属元素,呈灰色,有金属色泽,性硬且脆。硅的含量约占地壳质量的26%;原子量为2880;密度为233g/m3;熔点为1410。
金属硅的用途:金属硅(Si)是工业提纯的单质硅,主要用于生产有机硅、制取高纯度的半导体材料以及配制有特殊用途的合金等。
(1)生产硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅
硅橡胶弹性好,耐高温,用于制作医疗用品、耐高温垫圈等。
硅树脂用于生产绝缘漆、高温涂料等。
硅油是一种油状物,其粘度受温度的影响很小,用于生产高级润滑剂、上光剂、流体弹簧、介电液体等,还可加工成无色透明的液体,作为高级防水剂喷涂在建筑物表面。
(2)制造高纯半导体
现代化大型集成电路几乎都是用高纯度金属硅制成的,而且高纯度金属硅还是生产光纤的主要原料,可以说金属硅已成为信息时代的基础支柱产业。
(3)配制合金
硅铝合金是用量最大的硅合金。硅铝合金是一种强复合脱氧剂,在炼钢过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率,并可净化钢液,提高钢材质量。硅铝合金密度小,热膨胀系数低,铸造性能和抗磨性能好,用其铸造的合金铸件具有很高的抗击冲击能力和很好的高压致密性,可大大提高使用寿命,常用其生产航天飞行器和汽车零部件。
硅铜合金具有良好的焊接性能,且在受到冲击时不易产生火花,具有防爆功能,可用于制作储罐。
钢中加入硅制成硅钢片,能大大改善钢的导磁性,降低磁滞和涡流损失,可用其制造变压器和电机的铁芯,提高变压器和电机的性能。
随着科学技术的发展,金属硅的应用领域还将进一步扩大。
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