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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(近年來,含Si量99.99%的也歸在金屬硅內(nèi)),其余雜質(zhì)為鐵、鋁、鈣等。半導(dǎo)體硅用于制作半導(dǎo)體器件的高純度金屬硅。因其用途不同而劃分為多種規(guī)格。硅在地殼中資源極為豐富,僅次于氧,占地殼總重的四分之一還強,以二氧化硅或硅酸鹽形式存在。據(jù)統(tǒng)計,1985年共消耗金屬硅約50萬噸,其中用于鋁合金的金屬硅約占60%,用于有機硅的不足30%,用于半導(dǎo)體的約占3%,其余用于鋼鐵冶煉及精密陶瓷等。
鋁硅合金密度小,熱膨脹系數(shù)低,鑄造性能和抗磨性能好,用其鑄造的合金鑄件具有很高的抗擊沖擊能力和很好的高壓致密性,可提高使用壽命,常用其生產(chǎn)航天飛行器和汽車零部件。硅銅合金具有良好的焊接性能,且在受到?jīng)_擊時不易產(chǎn)生火花,具有防爆功能,可用于制作儲罐。對于電子元件:硅金屬用于生產(chǎn)高純度單晶硅和多晶硅,用于半導(dǎo)體等電子元件。鋼中加入硅制成硅鋼片,能改善鋼的導(dǎo)磁性,降低磁滯和渦流損失,可用其制造變壓器和電機的鐵芯,提高變壓器和電機的性能。
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。硫元素雖說是一種有害元素,但在冶煉中少量的硫元素可以使產(chǎn)品更加的堅韌,但硫元素過多就會產(chǎn)生有害物質(zhì)過多的后果,因此脫硫也是冶煉時必經(jīng)的一個過程,硅鈣合金中的鈣元素可以有效進行脫硫降低成品的有害物質(zhì)含量,保證在使用產(chǎn)品時的安全。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。
金屬硅成分主要是硅,因此和硅具有相類似的性質(zhì)。硅有無定形硅和晶形硅兩種同素異形體。
無定形硅化學(xué)性質(zhì)活潑,在氧氣中能劇烈燃燒。它在高溫下與鹵素、氮、碳等非金屬發(fā)生反應(yīng),也能與鎂、鈣、鐵等金屬作用,生成硅化物。
無定形硅幾乎不溶于無機酸和有機酸。濃NaOH溶液能溶解無定形硅,放出氫氣。晶形硅比較不活潑,即使在高溫下也不與氧氣化合,它也不溶于任何一種無機酸和有機酸,但可溶于HNO3的混合酸以及濃NaOH溶液。