Hvordan fremstilles silicium?

Silicium, det næst mest rigelige element i jordskorpen, fremstilles gennem en flertrinsproces, der begynder med ekstraktionen af ​​silica fra sand og slutter med produktionen af ​​silicium med høj renhed. Her er en sammenbrud:

1. Minedrift og ekstraktion:

* silicasand: Den primære kilde til silicium er silicasand, der udvindes fra forskellige aflejringer rundt om i verden.

* Kemisk ekstraktion: Silicasand er primært sammensat af siliciumdioxid (SiO2). For at udtrække silicium behandles sandet med et reduktionsmiddel, typisk kulstof i form af koks, i en høje temperaturovn. Denne reaktion reducerer siliciumdioxid til silicium og kuldioxid:

SiO2 + 2C → Si + 2co

2. Metallurgisk silicium (MG-SI):

* bueovnsproduktion: Reaktionen ovenfor udføres i en stor elektrisk lysbueovn.

* urenheder: Det silicium, der er produceret i dette trin, kaldes metallurgisk silicium (MG-SI) og indeholder forskellige urenheder, herunder jern, aluminium og calcium.

* applikationer: MG-SI bruges primært til produktion af legeringer, især i aluminiumsindustrien og i solceller.

3. Oprensning:

* siemens proces: For at opnå silicium med høj renhed har MG-SI brug for yderligere forfining ved hjælp af en proces kaldet Siemens-processen. Dette involverer at reagere Mg-Si med hydrogenchlorid (HCI) ved høje temperaturer for at danne trichlorosilan (SIHCL3):

Si + 3HCl → SiHCl3 + H2

* destillation: Trichlorosilan destilleres derefter for at fjerne urenheder.

* Nedbrydning: Endelig nedbrydes den oprensede trichlorosilan ved høje temperaturer for at producere polykrystallinsk silicium (polysilicium):

2SiHCl3 → Si + 2HCl + SICL4

4. Polysilicon:

* høj renhed: Polysilicon er en form af silicium med høj renhed (99.9999%) og bruges til fremstilling af solceller, halvledere og andre højteknologiske applikationer.

5. Enkeltkrystallsilicium (monosilicon):

* krystalvækst: For at skabe enkeltkrystallsilicium (monosilicium) smeltes polysilicium, og en frøkrystall indføres i smeltet. Frøkrystallen trækkes omhyggeligt ud af smelten, hvilket resulterer i væksten af ​​en enkelt krystal.

* applikationer: Monosilicon bruges til fremstilling af integrerede kredsløb (ICS), transistorer og andre avancerede elektroniske enheder.

Sammendrag:

Siliciumfremstilling involverer en række trin fra minedrift af silicasand til forfining af det til silicium med høj renhed. Processen kræver høje temperaturer, specialudstyr og streng kvalitetskontrol for at producere silicium, der er egnet til forskellige applikationer.