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金屬硅被稱為半金屬或準(zhǔn)金屬,具有金屬的幾種特性。純凈的硅是灰色的金屬光澤的非金屬元素。金屬硅是由石英和焦炭在電熱爐內(nèi)冶煉成的產(chǎn)品,主成分硅元素的含量在98%左右(含Si量99.99%的也包含在金屬硅內(nèi)),其余雜質(zhì)為鐵、鋁、鈣等。硅不形成碳化物,可強烈地促進碳的石墨化,在硅含量較高的中碳鋼和高碳鋼中,如不含有強碳化物形成元素,易在一定溫度下發(fā)生石墨化。目前,中國生產(chǎn)金屬硅的碳熱法的生產(chǎn)工藝路線:普遍采用的是以硅石為原料,石油焦、木炭、木片、低灰煤等為還原劑,在礦熱電爐中高溫熔煉,從硅石中還原出金屬硅,其為無渣埋弧高溫熔煉過程。
硅大量用于冶煉成硅鐵合金作鋼鐵工業(yè)中合金元素,在很多種金屬冶煉中作還原劑。硅還是鋁合金中的良好組元,絕大多數(shù)鑄造鋁合金都含有硅。
硅是電子工業(yè)超純硅的原料,超純半導(dǎo)體單晶硅做的電子器件具有體積小、重量輕、可靠性好和壽命長等優(yōu)點。摻有特定微量雜質(zhì)的硅單晶制成的大功率晶體管、整流器及太陽能電池,比用鍺單晶制成的好。非晶硅太陽能電池研究進展很快,轉(zhuǎn)換率達(dá)到了8%以上。
硅錳合金是由錳、硅、鐵及少量碳和其它元素組成的合金,是一種用途較廣、產(chǎn)量較大的鐵合金。硅錳合金是煉鋼常用的復(fù)合脫氧劑,又是生產(chǎn)中、低碳錳鐵和電硅熱法生產(chǎn)金屬錳的還原劑。
在鐵合金生產(chǎn)企業(yè),通常把煉鋼使用的硅錳合金稱作商品硅錳合金,把冶煉低碳鐵使用的硅錳合金稱作自用硅錳合金,把冶煉金屬用的硅錳合金稱作高硅硅錳合金。錳能與硅組成化合成硅化物MnSiO3、MnSiO和MnSiO3。從硅錳狀態(tài)圖中可以看出,穩(wěn)定的硅化物為MnSi。其中硅微粉也稱硅粉、微硅粉或硅灰,它廣泛應(yīng)用于耐火材料和混凝土行業(yè)。由于錳的硅化物生成自由能的負(fù)值,故遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于錳的碳化物生產(chǎn)自由能的負(fù)值,在硅錳合金中含硅量愈高,則含碳量愈低。
氧化硅礦物冶煉金屬硅的過程是無渣過程,化學(xué)硅冶煉對硅石的選用較嚴(yán)格,不光雜質(zhì)含量要少,還要求有高的機械強度、足夠的熱穩(wěn)定性,適宜的粒度組成。
化學(xué)用硅熔煉盡量采用硅石。天然形態(tài)的氧化硅或者是以獨立的石英礦物存在,或者是以幾乎全是由氧化硅積成的巖石—硅石,或硅石形態(tài)的砂巖存在。在鐵合金生產(chǎn)企業(yè),通常把煉鋼使用的硅錳合金稱作商品硅錳合金,把冶煉低碳鐵使用的硅錳合金稱作自用硅錳合金,把冶煉金屬用的硅錳合金稱作高硅硅錳合金。生產(chǎn)化學(xué)用硅的含有氧化硅礦物中的雜質(zhì)和粘著物,在熔煉過程中有的完全被還原,有的部分被還原,有的以化合物形態(tài)進入產(chǎn)品硅中或生成熔渣。