Wat siliciummetaal is en waar het vandaan komt
Siliciummetaal, ook wel metallurgisch silicium of industrieel silicium genoemd, is de elementaire vorm van silicium met het symbool Si en atoomnummer 14. Het is een harde, broze, kristallijne vaste stof met een blauwachtige-grijze metaalachtige glans. Chemisch gezien gedraagt het zich als een metalloïde met vier valentie-elektronen, en in zuivere staat is het een halfgeleider. Het atoomgewicht is 28,0855, het smeltpunt is ongeveer 1414 graden Celsius en het kookpunt is ongeveer 3265 graden Celsius. Commercieel wordt het geleverd als klompmateriaal met een zilver-grijs breukoppervlak en is het het uitgangspunt voor ferrosilicium, aluminium-siliciumlegeringen, siliconen en de hele fotovoltaïsche en elektronische keten.
De toeleveringsketen van kwarts tot ovenkraan
Het productietraject begint met silica in de vorm van kwarts of kwartsiet, dat wordt gedolven, geplet, gewassen en gesorteerd tot een gecontroleerde grootte voordat het kan worden opgeladen. Het gesorteerde silica wordt vervolgens gereduceerd met een koolstof-houdend reductiemiddel in een ondergedompelde boogoven, waar de reactie plaatsvindt bij temperaturen ruim boven 1800 graden Celsius. Het gesmolten silicium wordt afgetapt, gekoeld en gegoten, vervolgens geplet en gezeefd tot de maatbanden die de klant nodig heeft. De bestrijding van onzuiverheden begint op de grondstoffenwerf: het ijzer-, aluminium- en calciumgehalte van de lading, de zuiverheid van het reductiemiddel en de stabiliteit van de werking van de oven bepalen samen welke zuiverheidsgraad kan worden benut.
Grondstof: silicaklomp en koolstofreductiemiddel, beide gescreend tot een smalle maatband voor ovenpermeabiliteit.
Smelten: ondergedompelde boogoven, continue reductie van silica tot gesmolten silicium.
Gieten en breken: gecontroleerd afkoelen, vervolgens breken en zeven tot commerciële maatbanden.
Afwerking: ont-stofvrij maken, magnetisch scheiden en verpakken, met bemonstering voor de gecertificeerde analyse.
Commerciële kwaliteiten en hun onzuiverheidsgrenzen
Siliciummetaal wordt verhandeld volgens kwaliteitscode, en de code vermeldt de onzuiverheidsplafonds van ijzer, aluminium en calcium in tienden van een procent in die volgorde. Kwaliteit 553 laat daarom tot 0,5 procent ijzer, 0,5 procent aluminium en 0,3 procent calcium toe, en een lager getal betekent altijd een zuiverder, duurder product. De naamgevingsconventie en de bijbehorende limieten zijn vastgelegd in GB/T 2881, en kopers moeten de norm samen met het cijfer vermelden, zodat de analysevereiste ondubbelzinnig is.
| Cijfercode | Fe % maximaal | Al% max | Ca % maximaal | Typisch gebruik |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | Algemeen metallurgisch gebruik, deoxidatie |
| 441 | 0.4 | 0.4 | 0.1 | Aluminiumlegeringen, ferrosiliciumtoevoer |
| 3303 | 0.3 | 0.3 | 0.03 | Siliconen- en chemische toepassingen |
| 2202 | 0.2 | 0.2 | 0.02 | Hoger gebruik van chemicaliën en legeringen |
| 1101 | 0.1 | 0.1 | 0.01 | Elektronica en zonne-energie |
Uit de tabel volgen twee praktische punten. Ten eerste kan een cijfer niet alleen op het ijzergehalte worden beoordeeld; aluminium en calcium bewegen onafhankelijk van elkaar en domineren het gedrag van het materiaal in het klantproces. Ten tweede moet de bemonstering de partij representeren, omdat klompmateriaal heterogeen is en een monster genomen van het oppervlak van een big bag geen bewijs is van de gemiddelde analyse.
Fysieke eigenschappen en toepassingen in de hele industrie
Siliciummetaal heeft een hoog smeltpunt, goede stabiliteit bij hoge temperaturen, matige elektrische geleidbaarheid en lage dichtheid voor een metaalachtig -achtig uitziend materiaal. Mechanisch gezien is het hard en bros, met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Het is in veel omgevingen bestand tegen corrosie omdat zich op natuurlijke wijze een dunne oxidelaag op het oppervlak vormt. Daarom presteert het ook goed als legeringselement in aluminium en als deoxidatieadditief in staal. Bij het hanteren en opslaan betekent dezelfde brosheid dat het materiaal fijne deeltjes kan genereren als het herhaaldelijk van een hoogte valt. Overdrachtspunten in een fabriek moeten dus kort gehouden worden.
Aluminiumlegeringen: toevoegingen van silicium verbeteren de vloeibaarheid, sterkte en slijtvastheid van gegoten aluminium componenten.
Staalproductie: silicium wordt gebruikt voor deoxidatie en industrieel silicium is een grondstof voor de productie van ferrosilicium.
Siliconen: siliciummetaal is de basis voor siliconenvloeistoffen, afdichtingsmiddelen, lijmen, smeermiddelen en veel medische en persoonlijke verzorgingsproducten.
Fotovoltaïsche energie: silicium met hoge zuiverheid is het basismateriaal van zonnecellen.
Elektronica: silicium van halfgeleider-kwaliteit wordt gebruikt in geïntegreerde schakelingen en discrete apparaten.
Chemicaliën: silicium wordt verbruikt bij de productie van chloorsilanen en andere intermediaire chemicaliën.
Behandeling, veiligheid en marktcontext
Siliciummetaal is geen goedaardig stof. Fijne fracties kunnen ademhalings- en ontvlambaarheidsproblemen opleveren, en gesmolten of heet materiaal vormt een risico op brandwonden in de ovenruimte. Een werkbare controleset omvat stofafzuiging en ventilatie bij breek-, zeef- en verpakkingsstations, ademhalingsbescherming en oogbescherming voor blootgestelde operators, handschoenen- en kledingregels rond heet materiaal, huishouding om stofophoping te voorkomen, en gedocumenteerde training voor iedereen die met het materiaal omgaat. Naleving van de toepasselijke regels voor beroepsmatige blootstelling en transport moet lokaal worden geverifieerd, omdat de vereisten verschillen tussen rechtsgebieden en tussen de metallurgische en de hogere zuiverheidskant van de markt.
Aan de marktkant is China de grootste producent van siliciummetaal, en het verbruik is geconcentreerd in aluminium-, chemische en fotovoltaïsche toepassingen. De vraag uit hernieuwbare energie, elektrische voertuigen en de elektronicaketen is de afgelopen jaren de belangrijkste bron van groei geweest, terwijl het aanbod reageert op de beschikbaarheid van energie en op productiecontroles in de smeltregio’s. Voor een koper pleit deze combinatie voor een gecontracteerd volume met een bepaalde kwaliteit, een vastgestelde omvang en een gedocumenteerde analyse, in plaats van alleen voor een opportunistische spotaankoop.
Veelgestelde vragen
Vraag: Wat is het verschil tussen siliciummetaal en ferrosilicium?
Siliciummetaal is elementair silicium, terwijl ferrosilicium een ijzer-siliciumlegering is, geproduceerd uit kwarts met een ijzer-dragende lading. Ze vervullen verschillende taken en zijn verschillende producten, zowel qua samenstelling als prijs.
Vraag: Wat betekent het cijfernummer?
De drie of vier cijfers geven de onzuiverheidsplafonds aan in tienden van een procent voor ijzer, aluminium en calcium, dus klasse 553 staat 0,5 procent Fe, 0,5 procent Al en 0,3 procent Ca toe als maxima.
Vraag: Welke kwaliteit moet een gieterij kopen?
Kwaliteit 553 of 441 dekt het meeste algemene gebruik in de metallurgische sector en aluminiumlegeringen. Een hogere kwaliteit is gerechtvaardigd wanneer het aluminium- of calciumgehalte van cruciaal belang is in het klantproces.
Vraag: Hoe wordt de maatband gespecificeerd?
Door een aangegeven bandbreedte met een maximaal toegestane boetefractie, schriftelijk overeengekomen. Losse termen zoals klonterig of korrelig laten de analyse en de opbrengst open voor interpretatie.
Vraag: Welke verpakking wordt gebruikt voor exportpakketten?
Big bags van één ton zijn standaard, terwijl stalen vaten of kleinere zakken beschikbaar zijn wanneer een klantproces een strakkere eenheidscontrole nodig heeft. De verpakking moet samen met de kosten ervan in het contract worden vermeld.
Vraag: Waarom varieert de prijs van dezelfde soort tussen leveranciers?
Kwaliteit is een plafond, geen vaste chemie. Twee partijen kunnen beide voldoen aan 553, terwijl ze verschillen wat betreft feitelijke onzuiverheidsniveaus, maatverdeling en boetegehalte, en die verschillen veranderen de gebruikswaarde.