Angalia silicon ya nusu ya chuma
Sililicon chuma ni chuma kijivu na chafu kinachotumiwa kutengeneza chuma, seli za jua, na microchips.
Silicon ni kipengele cha pili zaidi katika ukanda wa dunia (nyuma ya oksijeni tu) na kipengele cha nane cha kawaida zaidi ulimwenguni. Kwa kweli, karibu asilimia 30 ya uzito wa ukubwa wa dunia inaweza kuhusishwa na silicon.
Kipengele na namba ya atomiki 14 hutokea katika madini ya silicate, ikiwa ni pamoja na silika, feldspar, na mica, ambayo ni sehemu kubwa ya miamba ya kawaida kama vile quartz na sandstone.
Nusu ya chuma (au metalloid ), silicon ina mali fulani ya madini na yasiyo ya metali.
Kama maji - lakini tofauti na mikataba zaidi ya metali - silicon katika hali yake ya kioevu na huongeza kama inaimarisha. Ina kiwango kikubwa cha kiwango na kiwango cha kuchemsha, na wakati kioo kikijengwa muundo wa kioo kioo cha almasi.
Jukumu la jukumu la silicon kama semiconductor na matumizi yake katika umeme ni muundo kipengele atomiki, ambayo ni pamoja na elektroni nne valence ambayo kuruhusu silicon kwa dhamana na mambo mengine kwa urahisi.
Mali:
- Athari ya atomiki: Si
- Idadi ya Atomiki: 14
- Jamii ya Kundi: Metalloid
- Uzito wiani: 2.329g / cm3
- Kiwango Kiwango: 2577 ° F (1414 ° C)
- Point ya kuchemsha: 5909 ° F (3265 ° C)
- Ugumu wa Moh: 7
Historia:
Mtaalamu wa kisayansi Jons Jacob Berzerlius anajulikana kwa silicon ya kwanza ya kutenganisha mwaka 1823. Berzerlius alikamilisha hili kwa kupokanzwa potassiamu ya metali (ambayo ilikuwa imewekwa pekee miaka kumi mapema) katika msalaba pamoja na fluorosilicate ya potasiamu.
Matokeo yake ilikuwa silicon amorphous.
Kufanya silicon ya fuwele, hata hivyo, ilihitaji muda zaidi. Sampuli ya electrolytic ya silicon ya fuwele haiwezi kufanywa kwa miongo mitatu.
Matumizi ya kwanza ya silicon ya kibiashara yalikuwa ni fomu ya ferrosilicon.
Kufuatilia kisasa cha Henry Bessemer cha sekta ya chuma katika karne ya 19, kulikuwa na riba kubwa katika madini ya chuma na utafiti katika mbinu za chuma.
Wakati wa kwanza uzalishaji wa viwanda wa ferrosilicon katika miaka ya 1880, umuhimu wa silicon katika kuboresha ductility katika nguruwe chuma na chuma deoxidizing ilikuwa vizuri kueleweka.
Uzalishaji wa awali wa ferrosilicon ulifanyika katika vifuniko vya mlipuko kwa kupunguza ores iliyo na salifu kwa mkaa, ambayo ilisababisha chuma cha nguruwe kilichokosa, ferrosiliconi na asilimia 20 ya maudhui ya silicon.
Uendelezaji wa vyumba vya umeme vya arc mwanzoni mwa karne ya 20 haukuruhusu tu uzalishaji mkubwa wa chuma , lakini pia uzalishaji wa ferrosilicon zaidi.
Mwaka wa 1903, kikundi maalumu katika kufanya ferroalloy (Compagnie Generate d'Electrochimie) ilianza kazi huko Ujerumani, Ufaransa na Austria na, mwaka wa 1907, kiwanda cha kwanza cha kibiashara cha silicon nchini Marekani kilianzishwa.
Uchimbaji wa chuma sio tu pekee ya misombo ya silicon iliyotengenezwa kibiashara kabla ya mwisho wa karne ya 19.
Ili kuzalisha almasi bandia mwaka wa 1890, Edward Goodrich Acheson mkali wa alumini silicate na coke ya unga na carbide ya silicon iliyozalishwa (SiC).
Miaka mitatu baadaye Acheson alikuwa na hati miliki ya uzalishaji wake na ilianzisha kampuni ya Carborundum (carborundum kuwa jina la kawaida kwa carbide ya silicon wakati huo) kwa kusudi la kufanya na kuuza bidhaa za abrasive.
Mwanzoni mwa karne ya 20, mali za conductive za silicon ya carbide zilikuwa zimefanyika, na kiwanja hicho kilikuwa kinatumiwa kama detector katika redio za awali za meli. Patent ya detectors kioo silicon alipewa GW Pickard mwaka 1906.
Mnamo 1907, mwanga wa kwanza wa kutengeneza diode (LED) uliundwa kwa kutumia voltage kwenye kioo cha silicon carbide.
Kupitia matumizi ya silicon ya 1930 ilikua na maendeleo ya bidhaa mpya za kemikali, ikiwa ni pamoja na silanes na silicones.
Kuongezeka kwa umeme kwenye karne iliyopita pia imekuwa imehusishwa na silicon na mali zake za kipekee.
Wakati uumbaji wa transistors wa kwanza - watangulizi wa microchips ya kisasa - katika miaka ya 1940 walitegemea germanium , haikuwa muda mrefu kabla ya silicon kuingizwa na binamu yake ya metalloid kama nyenzo ya kudumu ya substrate ya semiconductor.
Maabara ya Bell na Texas Instruments zilianza biashara zinazozalisha transistors makao ya silicon mwaka 1954.
Mzunguko wa kwanza wa silicon ulijengwa katika miaka ya 1960 na, kwa miaka ya 1970, wasindikaji wenye silicon walipangwa.
Kutokana na kwamba teknolojia ya semiconductor makao ya silicon hufanya mgongo wa umeme wa kisasa na kompyuta, haipaswi kushangaza kwamba sisi kutaja kitovu cha shughuli kwa sekta hii kama 'Silicon Valley.'
(Kwa kuangalia kwa kina historia na maendeleo ya teknolojia ya Silicon na teknolojia ya microchip, mimi sana kupendekeza hati ya Uzoefu wa Marekani inayoitwa Silicon Valley).
Muda mfupi baada ya kufungua transistors ya kwanza, kazi ya Bell Labs na silicon imesababisha mafanikio makubwa ya pili mwaka wa 1954: kiini cha kwanza cha silicon photovoltaic (jua).
Kabla ya hili, wazo la kuunganisha nishati kutoka jua kuunda nguvu duniani iliaminika kuwa haiwezekani na wengi. Lakini miaka minne tu baadaye, mwaka wa 1958, satellite ya kwanza iliyotumiwa na seli za jua za silicon zilikuwa zikizunguka dunia.
Katika miaka ya 1970, maombi ya biashara ya teknolojia ya jua iliongezeka kwa maombi ya ardhi kama vile kuimarisha taa kwenye mafuta ya nje ya mafuta na barabara za barabara.
Katika kipindi cha miongo miwili iliyopita, matumizi ya nishati ya jua imeongezeka kwa kiasi kikubwa. Leo, teknolojia ya photovoltaic inayotokana na silicon inachukua akaunti ya asilimia 90 ya soko la nishati ya jua duniani.
Uzalishaji:
Wengi wa silicon iliyosafishwa kila mwaka - asilimia 80 - huzalishwa kama ferrosilicon kwa matumizi ya chuma na chuma . Ferrosilicon inaweza kuwa na mahali popote kati ya asilimoni 15 na 90 ya asilimoni kulingana na mahitaji ya smelter.
Aloi ya chuma na silicon huzalishwa kwa kutumia tanuru ya umeme ya arc iliyojaa kupitia kupunguza smelting. Orea tajiri tajiri na chanzo cha kaboni kama vile makaa ya mawe ya mkaa (metallurgiska makaa ya makaa ya mawe) yamesagwa na kubeba katika tanuru pamoja na chuma cha chakavu.
Katika joto la juu ya 1900 ° C (3450 ° F), carbon hupuka na oksijeni iliyopo katika ore, kutengeneza gesi ya monoxide gesi. Siri iliyobaki na silicon, wakati huo huo, kisha kuchanganya kufanya ferrosilicon iliyosafishwa, ambayo inaweza kukusanywa kwa kugonga msingi wa tanuru.
Mara baada ya kilichopozwa na ngumu, ferrosilicon inaweza kisha kutumwa na kutumika moja kwa moja katika chuma na chuma viwanda.
Njia hiyo hiyo, bila ya kuingizwa kwa chuma, hutumiwa kuzalisha silicon ya metallurgiska ya kiwango cha juu ambayo ni zaidi ya asilimia 99 safi. Silicon ya metallurgiska pia hutumiwa katika chuma cha chuma, pamoja na utengenezaji wa aloi za alumini zilizopigwa na kemikali za silane.
Silicon ya metallurgiska imewekwa na viwango vya uchafu wa chuma, alumini na kalsiamu iliyopo katika alloy. Kwa mfano, 553 chuma cha silicon ina chini ya asilimia 0.5 ya kila chuma na aluminium, na chini ya asilimia 0.3 ya kalsiamu.
Karibu tani milioni 8 za ferrosilicon huzalishwa kila mwaka duniani, na uhasibu wa China kwa asilimia 70 ya jumla hii. Wazalishaji wakuu ni pamoja na Erdos Metallurgy Group, Ningxia Rongsheng Ferroalloy, Group OM Vifaa na Elkem.
Tani milioni 2.6 ya siliconi ya metallurgiska - au asilimia 20 ya jumla ya chuma cha silicon iliyosafishwa - huzalishwa kila mwaka. Uchina, tena, hupata asilimia 80 ya pato hili.
Mshangao kwa wengi ni kwamba kiwango cha jua na umeme cha akaunti ya silicon kwa kiasi kidogo tu (chini ya asilimia mbili) ya uzalishaji wote wa silicon iliyosafishwa.
Ili kuboresha darubini ya silika ya soli (polysilicon), usafi lazima uongezeka hadi zaidi ya 99.9999% (6N) safi ya silicon. Hii imefanywa kupitia moja ya njia tatu, kawaida ni mchakato wa Siemens.
Mchakato wa Siemens unahusisha uhamisho wa mvuke wa kemikali wa gesi tete inayojulikana kama trichlorosilane. Katika 1150 ° C (2102 ° F) trichlorosilane hupigwa juu ya mbegu ya silicon ya usafi iliyopigwa mwishoni mwa fimbo. Wakati unavyopita, silicon ya usafi wa juu kutoka kwa gesi imewekwa kwenye mbegu.
Reactor ya kitanda cha Fluid (FBR) na teknolojia ya metallurgiska ya uboreshaji (UMG) ya silicon pia hutumiwa kuimarisha chuma na polysilicon zinazofaa kwa sekta ya photovoltaic.
Tani milioni 230,000 za polysilicon zilizalishwa mwaka 2013. Wazalishaji wakuu ni pamoja na GCL Poly, Wacker-Chemie, na OCI.
Hatimaye, ili kufanya siliconi ya daraja la umeme inayofaa kwa sekta ya semiconductor na teknolojia za baadhi ya photovoltaic, polysilicon lazima iongozwe kwenye silicon ultra-safi monocrystal kupitia mchakato Czochralski.
Kwa kufanya hivyo, polysilicon inakayeyuka katika crucible saa 1425 ° C (2597 ° F) katika hali ya hewa. Fimbo iliyopanda kioo ya mbegu ni kisha imefungwa katika chuma kilichochombwa na kupokezwa kwa kasi na kuondolewa, ikitoa wakati wa silicon kukua kwenye nyenzo za mbegu.
Bidhaa hiyo ni fimbo (au boule) ya chuma kioo cha silicon kioo ambayo inaweza kuwa kama asilimia 99.999999999 (11N) safi. Fimbo hii inaweza kuunganishwa na boron au fosforasi kama inahitajika kuimarisha mali ya kiasi cha kiasi kama inavyotakiwa.
Fimbo ya monocrystal inaweza kupelekwa kwa wateja kama ilivyo, au iliyokatwa ndani ya viters na iliyopigwa au kuchapishwa kwa watumiaji maalum.
Maombi:
Wakati tani milioni kumi za metali za ferrosiliconi na chuma cha silicon zinapandishwa kila mwaka, wengi wa silicon hutumiwa kwa biashara ni kweli katika mfumo wa madini ya silicon, ambayo hutumiwa katika utengenezaji wa kila kitu kutoka saruji, vifuniko, na keramik, kwa kioo na polima.
Ferrosilicon, kama ilivyoelezwa, ni aina ya kawaida ya kutumika ya silicon ya metali. Tangu matumizi yake ya kwanza karibu miaka 150 iliyopita, ferrosilicon imebaki kuwa wakala wa deoxidizing muhimu katika uzalishaji wa kaboni na chuma cha pua . Leo, chuma cha chuma kinabaki bado ni matumizi makubwa ya ferrosilicon.
Ferrosilicon ina idadi ya matumizi zaidi ya chuma, ingawa. Ni alloy kabla ya uzalishaji wa ferrosilicon magnesiamu , nodulizer kutumika kuzalisha chuma ductile, na wakati wa Pidgeon mchakato wa kusafisha high usafi magnesiamu.
Ferrosilicon pia inaweza kutumiwa kufanya joto na sufuria zenye sufuria za aloi za silicon zenye sugu kama vile chuma cha silicon, ambacho hutumiwa katika utengenezaji wa electro-motors na vidole vya transformer.
Silicon ya metallurgiska inaweza kutumika katika chuma kama vile wakala wa alloy katika casting aluminium. Vipuri vya gari vya alumini-alumini (Al-Si) ni nyepesi na nguvu kuliko vipengee vinavyotokana na alumini safi. Sehemu za magari kama vile vitalu vya injini na rims za tairi ni baadhi ya sehemu za kawaida za kutupwa za aluminium.
Karibu nusu ya silicon yote ya metallurgiska hutumiwa na sekta ya kemikali ili kufanya silika yenye mafusho (kikali yenye nguvu na desiccant), silanes (wakala wa kuunganisha) na silicone (sealants, adhesives, na lubricants).
Polysilicon daraja la photovoltaic kimsingi hutumika katika uundaji wa seli za jua za polysiliconi. Tani tano za polysilicon inahitajika kufanya megawati moja ya modules za jua.
Hivi sasa, teknolojia ya jua ya polysiliconi ina akaunti zaidi ya nusu ya nishati ya jua inayozalishwa duniani kote, wakati teknolojia ya monosilicon inachangia asilimia 35. Kwa jumla, asilimia 90 ya nishati ya jua iliyotumiwa na wanadamu inakusanywa na teknolojia ya msingi ya silicon.
Silicon ya monocrystal pia ni vifaa vya semiconductor muhimu vilivyopatikana katika umeme wa kisasa. Kama vifaa vilivyotumika katika uzalishaji wa transistors ya athari za shamba (FETs), LED na mizunguko jumuishi, silicon inaweza kupatikana katika kompyuta zote, simu za mkononi, vidonge, televisheni, radio na vifaa vingine vya mawasiliano vya kisasa.
Inakadiriwa kwamba zaidi ya theluthi moja ya vifaa vyote vya umeme yana teknolojia ya semiconductor msingi.
Hatimaye, carbide ya silika ya ngumu hutumiwa katika aina mbalimbali za matumizi ya umeme na yasiyo ya umeme, ikiwa ni pamoja na mapambo ya maandishi ya synthetic, semiconductors ya juu ya joto, keramik ngumu, vifaa vya kukata, diski za akaumega, abrasives, vests vya bulletproof na mambo ya joto.
Vyanzo:
Historia fupi ya Steel Alloying na Ferroalloy Uzalishaji.
URL: http://www.urm-company.com/images/docs/steel-alloying-history.pdf
Holappa, Lauri na Seppo Louhenkilpi. A
Juu ya Wajibu wa Ferroalloys katika Ukarabati wa Steel. Juni 9-13, 2013. The kumi na tatu ya Kimataifa Ferroalloys Congress. URL: http://www.pyrometallurgy.co.za/InfaconXIII/1083-Holappa.pdf
Fuata Terence kwenye Google+