Produkcja metalurgicznego proszku krzemowego obejmuje szereg kontrolowanych etapów przemysłowych zapewniających wysoką czystość i stałą jakość. Poniżej znajduje się szczegółowy opis procesu:
1. Przygotowanie surowców
Surowce pierwotne:
Kwarcyt (SiO₂): Ruda kwarcu o wysokiej czystości (większa lub równa 98,5% SiO₂).
Węglowe środki redukujące: Koks naftowy, węgiel drzewny lub węgiel, które działają jako środki redukujące.
Obróbka wstępna:
Kwarcyt jest kruszony i przemywany w celu usunięcia zanieczyszczeń (np. gliny, materii organicznej).
Środki redukujące kalcynuje się w celu zmniejszenia zawartości substancji lotnych i poprawy reaktywności.
2. Redukcja karbotermiczna w elektrycznym piecu łukowym
Kluczowa reakcja:
SiO₂ + 2C → Si + 2CO↑ (temperatura: 2000 stopni).
Etapy procesu:
Rumak: Kwarcyt i środki redukujące węgiel umieszcza się w piecu z łukiem krytym.
Nagrzewanie elektrod: Elektrody grafitowe wytwarzają intensywne ciepło w celu stopienia i przywrócenia mieszaniny.
Tworzenie się żużla: Zanieczyszczenia (Fe, Al, Ca) tworzą żużel i są okresowo usuwane.
Krajanie na plastryStopiony krzem (o czystości 97-99%) pobierany jest z dna pieca i wlewany do wlewków.
3. Rafinacja (opcjonalnie)
ZamiarDalsza redukcja zanieczyszczeń w celu wytworzenia krzemu o wyższej jakości (np. czystość 99,5%+).
Metody:
Rafinacja żużla: Dodawanie topników (np. CaO) w celu związania pozostałych zanieczyszczeń.
Oczyszczanie gazu: Przedmuchanie tlenem lub chlorem w celu usunięcia zanieczyszczeń metalicznych.
4. Kruszenie i przesiewanie
Miażdżący: Wlewki krzemu są mechanicznie kruszone na duże granulki.
Szlifowanie: Granulki mielono na proszek za pomocą młynów kulowych lub młynów strumieniowych.
Ekranizacja: Cząstki są klasyfikowane według wielkości (np. 80-325 mesh) przy użyciu sit wibracyjnych.
5. Czyszczenie (do zastosowań o wysokiej czystości)
Wymywanie chemiczne: Przemycie kwasem (HCl/HF) w celu rozpuszczenia pozostałych warstw tlenku.
Krystalizacja kierunkowa: Usuwanie zanieczyszczeń poprzez kontrolowaną krystalizację (w przypadku krzemu klasy słonecznej/elektronicznej).
6. Kontrola jakości i pakowanie
Testy
Spektrometria: Mierzy skład pierwiastkowy (zawartość Fe, Al, Ca).
Analiza wielkości cząstek: Zapewnia zgodność z określonymi zakresami wielkości cząstek.
Kontrola wilgotności: Wysychanie do zawartości wilgoci mniejszej lub równej 0,1%.
Pakiet:
Pakowane w worki odporne na wilgoć (25 kg lub 1 tona), aby zapobiec utlenianiu.
Etykieta wskazująca klasę (na przykład 553, 441), numer partii i certyfikaty bezpieczeństwa.