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                  工业硅与有机硅产业分析

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                  工业硅与有机硅产业分析

                  2019-07-01

                  硅是重要的石化替代材料、能源材料和电子材料。硅的地壳丰度为27%,仅次于氧(46%),大约是碳的1000倍,资源极其丰富,开发潜力巨大。大规模、低成本利用硅资源以生产人类社会需要的能源及材料,并以此应对化石原料危机带来的威胁,减少碳排放及温室效应,是人类社会通向未来的一条必经之路。长期以来,硅材料的开发利用都是工业界和全社会关注的焦点。



                  有机硅封头剂



                  一、   工业硅产业情况


                  工业硅又称金属硅或结晶硅,通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。其主要用途是作为非铁基合金的添加剂、硅钢的合金剂,冶炼特种钢和非铁基合金的脱氧剂,生产半导体硅、有机硅的起始原料。位于硅基新材料产业链的顶端,是光伏、有机硅、合金等国民经济重要部门的核心原料。


                  在我国,金属硅通常按其所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。按照金属硅中铁、铝、钙的百分比含量,金属硅可分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。(关于金属硅编号来源:一和二的代号为铁和铝的百分比含量,三和四两位代表钙的含量。例如553代表其中的铁铝钙的含量为5%、5%、3%;3303代表其中铁铝钙的含量为3%、3%、0.3%)


                  一般来说,金属硅可以划分为冶金级和化学级。冶金级金属硅主要用于生产硅铝合金,整体品质略低。化学级金属硅主要用于生产有机硅,三氯氢硅等用途。我国生产的金属硅(硅含量98.5%),一开始主要是供冶金工业用,化学工业用金属硅(硅含量99%以上)的生产从90年代中期以来才有所发展。


                  (一)工业硅的主要应用领域


                  添加剂:工业硅添加到铝、铁等金属中,可改良或增强金属的优良性能。汽车(含摩托车)用铝对工业硅的需求相当大,所以一个地区、国家的汽车工业的发展状况对工业硅的市场兴衰有直接的影响。


                  半导体硅/单晶硅:工业硅进一步提纯至99.999%以上(4个九以上,9越多越值钱),制成多晶硅(圆柱体),再用机械切割成硅单晶片,大量应用到电子信息工业上。比如各类IC卡、VCD片、DVD片等。目前我国提纯的技术不是十分成熟,基本上依赖日本进口,即日本从我国以每吨7300元到7600元左右的价格进口工业硅原材料,进一步提纯再以每吨30万人民币左右的价格出口到我国有关行业(如单晶硅厂等)。在切割单晶硅片方面,我国与发达国家尚有一定的技术差距,特别是在硅片的后精加工及表面“涂料”等方面差距相当大。


                  多晶硅:多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如,在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面,远不如单晶硅明显;在电学性质方面,多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著,甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面,两者的差异极小。多晶硅是生产单晶硅的直接原料,是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。


                  有机硅:兼备了无机材料与有机材料的性能,具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质,并具有有机硅耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性,广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业,其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。


                  (二)工业硅的制备


                  工业硅生产采用碳热法,即用硅石、碳质还原剂在矿热炉内进行冶炼的方法。这样制得的硅纯度为97%~98%,这样的硅一般可以用在冶金用途。如果要得到更高品级的硅,则需再将其精炼除去杂质,得到纯度为99.7%~99.8%的工业硅。


                  工业硅的主要生产流程:


                  经过水洗去泥土等杂质的硅石作为原料,破碎到一定粒度的煤、石油焦、木炭等作为还原剂,硅石及还原剂按一定的配比称量自动加到矿热炉内,由变压器导入的电流,通过石墨电极及炉料电阻产生的热量和电极端的电弧热将炉料加热到2000摄氏度以上,二氧化硅被碳还原剂还原生成了工业硅液体和一氧化碳(CO)气体,CO气体通过料层逸出,并将炉料预热。在硅水包底部通入氧气、空气混合气体,以除去钙、铝等其他杂质。再通过电动包车将硅水包运到浇铸间浇铸成硅锭。硅锭冷却后进行破碎、分级、称量、包装、入库得到成品硅块。

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