金属硅成分主要是硅,因此和硅具有相类似的性质。硅有无定形硅和晶形硅两种同素异形体。无定形硅是灰黑色粉末,实际上也是一种微晶体。晶形硅具有金刚石的晶体结构和半导体性质 , 熔点 1410℃ , 沸点 2355℃ ,密度2.32~2.34克/厘米3,莫氏硬度 7,性脆 。无定形硅化学性质活泼,在氧气中能剧烈燃烧。金属硅的分类通常按金属硅成分所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。硅石适宜粒度受硅石种类、电炉、容量、操作状况以及还原剂的种类和粒度等多种因素影响,要根据具体的冶炼条件来决定。
铁液为过晶成分时,硅含量高,凝固过程,就有更多的碳以初生石墨的形态析出,直到剩余的铁液达到晶成分后发生晶转变;铁液为亚晶成分时,凝固过程,硅富集于初生奥氏体。共晶转变时,硅富集于早期结晶的晶奥氏体,抑制碳与铁化合成渗碳体,增强碳在奥氏体的扩散速度,促使碳以共晶石墨的形态析出;在有机硅化工行业,工业硅粉是有机硅高分子合成的基础原料,如用于生产硅单体、硅油、硅橡胶防腐剂,从而提高产品的耐高温性、电绝缘性、耐腐蚀性、防腐蚀性、防水等特性。析转变时,固溶于奥氏体中的硅,仍然抑制碳与铁形成渗碳体,增强碳在奥氏体的扩散速度,促使碳以析石墨的形态析出。
金属硅(工业硅或结晶硅)的冶炼工艺主要包括以下几种:
炼硅炉冶炼:这是传统的金属硅冶炼工艺,主要包括高炉法、电石法和硅石还原法。
高炉法:将硅石与焦炭或煤粉混合,通过高炉进行冶炼。在高炉中,焦炭或煤粉的燃烧产生的高温和还原性气氛使硅石中的二氧化硅还原为金属硅。这种方法冶炼成本较低,但产物纯度也较低。
电石法:将硅石与焦炭或煤粉混合,通过电石炉进行冶炼。在电石炉中,通过电弧加热使硅石还原为金属硅。这种方法冶炼成本较高,但产物纯度较高。
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