지각에서 두 번째로 풍부한 원소인 실리콘은 야금, 알루미늄 합금, 화학 물질, 배터리, 태양 에너지 및 전자 제품에 널리 사용됩니다. 이 거대한 산업 체인에서 금속 등급 실리콘(MG-Si)은 기본 원료 역할을 하며 모든 고순도 실리콘 소재(예: 폴리실리콘 및 전자 등급 실리콘)의 출발점입니다.-
그렇다면 천연 석영 광석에서 금속 등급 실리콘은 어떻게 추출됩니까? 이 기사에서는 산업용 실리콘의 전체 생산 공정에 대해 자세히 알아봅니다.
금속 등급 실리콘이란 무엇입니까?
야금 등급 실리콘은 실리콘 함량이 95%~99.5%로 풍부한 비{0}}비철 합금 원료입니다. 일반적으로 회색의 금속 덩어리 형태이지만, 요청에 따라 입상 또는 분말 제품으로 가공할 수도 있습니다.
"금속 규소"라는 이름에도 불구하고 야금{0}}등급 실리콘은 순수한 금속이 아니라 철(Fe), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 및 기타 불순물이 혼합된 혼합물입니다. 이러한 불순물의 함량에 따라 적용 범위와 시장 가치가 결정됩니다.
금속 등급 실리콘의 주요 용도로는 강철 탈산, 알루미늄 합금 강화, 페로실리콘 합금 원료, 화학 원료, 배터리 첨가제, 내화 재료, 1차 광전지 및 반도체 재료 등이 있습니다.
원료 준비: 석영에서 반응성 혼합물까지
금속 등급 실리콘의 주요 원료는 석영(SiO2) 또는 규암입니다. 이러한 광물에는 자연에서 발견되는 주요 규소 형태인 고순도 이산화규소가 포함되어 있습니다.
이산화규소의 환원 공정은 매우 안정적인 Si-O 결합으로 인해 에너지 임계값이 높습니다. 환원 반응을 실현하려면 석영을 탄소-함유 물질(예: 코크스, 석탄, 나무 칩, 숯 등)과 완전히 혼합하여 반응 혼합물을 형성해야 합니다. 이러한 탄소원은 고온에서 산소와 반응하여 순수한 실리콘을 방출할 수 있습니다.
핵심 공정: 전기로에서의 탄소열 환원
산업용 실리콘의 핵심 제조 공정은 수중 전기로에서의 CR(Carbothermal Reduction) 반응입니다.
고온-반응 환경
용광로 내부의 온도는 일반적으로 1500~2000도를 유지합니다. 용광로는 전극을 사용하여 충전물에 강한 전류를 전도하여 고온-온도의 아크 영역을 생성합니다. 이 온도는 SiO2(고체) + 2C(고체) → Si(액체) + 2CO(기체)의 주요 반응을 진행하는 데 충분합니다.
충전 시 실리카와 탄소 사이의 환원반응이 일어나 액체 실리콘과 일산화탄소 가스가 생성됩니다.
다단계-반응 메커니즘
퍼니스는 균질한 반응 환경이 아닙니다. 중앙 영역의 고온으로 인해 반응이 빨라지고 다량의 액체 실리콘이 형성됩니다.
주변 지역의 온도가 낮아지면 중간 가스인 SiO(산화규소)가 형성될 수 있습니다.
이러한 가스는 용광로 내에서 더 반응하여 실리콘을 형성하거나 용광로에서 빠져나와-부산물인 실리카 흄을 형성할 수 있습니다.
전하의 다공성 유지
가스의 원활한 흐름을 보장하기 위해 반응물 층은 통풍이 잘되어야 합니다. 전하층의 밀도가 너무 높으면 환원 효율이 감소하고 에너지 소비가 증가합니다.
태핑 및 예비 정제
액체 실리콘이 용광로 바닥에 모인 후 용광로 입구를 통해 흘러나와 국자나 도가니로 방향이 전환됩니다. 이 시점에서 실리콘은 일반적으로 불순물이 포함된 고온-액체 상태입니다.
후속 가공에서 생산자는 알루미늄, 칼슘 및 기타 불순물의 함량을 제어하고 제품이 미리 설정된 화학 사양을 충족하는지 확인하기 위해 예비 정제를 수행합니다.
냉각, 성형 및 파쇄
초기 정제 후 액체 실리콘을 주형에 붓고 냉각하여 잉곳을 형성합니다.
냉각이 완료된 후 잉곳은 기계적 분쇄 장비로 분쇄되고 다양한 입자 크기(예: . 10-100mm)에 따라 선별된 후 포장되어 배송 준비가 됩니다.
금속 등급 실리콘의 주요 특성 및 품질 관리
금속 등급 실리콘의 품질은 다음과 같은 측면으로 측정됩니다: Si 함량(보통 95% ~ 99.5%); Fe, Al, Ca 등의 불순물 함량; 입자 크기 사양 및 입자 모양; 배치-간-배치 구성 안정성.
제조업체는 일반적으로 각 실리콘 배치에 대해 스펙트럼 분석 및 물리적 테스트를 수행하고 품질 보고서(COA)를 발행하여 고객이 걱정 없이 제품을 사용할 수 있도록 합니다.
금속 등급 실리콘 금속의 사용
철강 산업
강철에 탈산제로 첨가하여 산소를 효과적으로 제거하고 강철의 강도와 인성을 향상시킵니다.
알루미늄 합금 제조
알루미늄 합금의 강도, 내식성 및 주조 성능을 향상시키는 데 사용됩니다.
화학 산업
실란, 규산염, 실리콘 오일, 실리콘 수지 및 기타 화학 제품을 제조하는 데 중요한 원료로 사용됩니다.
배터리 재료
배터리 용량과 수명을 향상시키기 위해 리튬-이온 배터리 양극의 첨가제로 사용됩니다.
태양광 및 반도체 산업
야금{0}}등급 실리콘은 고급 전자 제품에 직접 사용할 만큼 순수하지는 않지만-폴리실리콘 또는 화학{2}}등급 실리콘 생산을 위한 정제 전구체로 사용할 수 있습니다.
내화 벽돌
고온 용광로 난로, 세라믹 및 유리용 내화 벽돌 및 복합재에 널리 사용됩니다.{0}}
결론
천연 석영 광석부터 고순도-실리콘 잉곳까지 야금{1}}등급 실리콘의 생산 공정에는 고온 물리화학적 반응, 재료 과학, 공정 제어 등 다양한 분야의 기술이 통합되어 있습니다.- 실리콘 소재 산업 체인의 "소스 프로세스"로서 품질과 안정성은 다운스트림 애플리케이션의 성능과 비용에 직접적인 영향을 미칩니다.
친환경 에너지, 에너지 저장, 전기 자동차 및 스마트 전자 제품에 대한 전 세계적 수요가 계속 증가함에 따라 금속{0}}등급 실리콘의 중요성이 점점 더 부각되고 있으며, 이는 또한 산업 업그레이드와 환경 보호 기술 개발을 위한 새로운 기회를 제공합니다.
