La produzione di polvere di silicio metallurgico prevede una serie di fasi industriali controllate per garantire elevata purezza e qualità costante. Di seguito è riportata una descrizione dettagliata del processo:
1. Preparazione delle materie prime
Materie prime primarie:
Quarzite (SiO₂): Minerale di quarzo ad elevata purezza (maggiore o uguale al 98,5% SiO₂).
Agenti riducenti carboniosi: Coke di petrolio, carbone o carbone, che agiscono come agenti riducenti.
Pretrattamento:
La quarzite viene frantumata e lavata per rimuovere le impurità (ad esempio argilla, materia organica).
Gli agenti riducenti vengono calcinati per ridurre le sostanze volatili e migliorare la reattività.
2. Riduzione carbotermica in un forno elettrico ad arco
Reazione chiave:
SiO₂ + 2C → Si + 2CO↑ (temperatura: 2000 gradi).
Fasi del processo:
Caricabatterie: La quarzite e gli agenti riducenti del carbonio vengono posti in un forno ad arco sommerso.
Riscaldamento degli elettrodi: Gli elettrodi di grafite generano un calore intenso per sciogliere e ripristinare la miscela.
Formazione di scorie: Le impurità (Fe, Al, Ca) formano scorie e vengono periodicamente rimosse.
AffettareIl silicio fuso (purezza 97-99%) viene prelevato dal fondo del forno e colato in lingotti.
3. Raffinazione (facoltativa)
ScopoUlteriore riduzione delle impurità per produrre silicio di qualità superiore (ad esempio purezza superiore al 99,5%).
Metodi:
Raffinazione delle scorie: Aggiunta di fondenti (ad esempio CaO) per legare le impurità residue.
Pulizia del gas: Soffiaggio con ossigeno o cloro per rimuovere le impurità metalliche.
4. Frantumazione e vagliatura
Frantumazione: I lingotti di silicio vengono frantumati meccanicamente in grossi granuli.
Rettifica: I granuli vengono macinati in polvere utilizzando mulini a sfere o mulini a getto.
Screening: Le particelle vengono classificate in base alla dimensione (es. 80-325 mesh) utilizzando vagli vibranti.
5. Pulizia (per applicazioni ad elevata purezza)
Lisciviazione chimica: Lavaggio acido (HCl/HF) per sciogliere gli strati di ossido residui.
Cristallizzazione direzionale: Rimozione delle impurità mediante cristallizzazione controllata (per silicio di grado solare/elettronico).
6. Controllo qualità e confezionamento
Test
Spettrometria: Misura la composizione elementare (contenuto di Fe, Al, Ca).
Analisi dimensionale delle particelle: Garantisce la conformità con gli intervalli di dimensioni delle particelle specificati.
Controllo dell'umidità: Essiccazione al contenuto di umidità Inferiore o uguale allo 0,1%.
Pacchetto:
Sigillato in sacchi resistenti all'umidità (25 kg o 1 tonnellata) per prevenire l'ossidazione.
Etichettatura indicante il grado (ad esempio, 553, 441), numero di lotto e certificati di sicurezza.