Metallo silicico nelle leghe di alluminio e nella fusione

Uno dei più affermatiusi del metallo silicioè la produzione di leghe di alluminio. Il silicio viene aggiunto all'alluminio perché modifica il comportamento di solidificazione della lega, migliora la fluidità della fusione e può contribuire al raggiungimento di caratteristiche meccaniche e di usura desiderabili quando la composizione completa della lega e il trattamento termico sono adeguatamente controllati.

Nelle leghe da colata di alluminio-silicio, il silicio modifica la microstruttura formando fasi contenenti silicio-all'interno della matrice di alluminio. La morfologia esatta dipende dalla concentrazione di silicio, dalla velocità di raffreddamento, dagli elementi di lega e dalla successiva modifica o trattamento termico. Una microstruttura fine e ben-controllata può fornire un diverso equilibrio tra fluidità, forza, duttilità e resistenza all'usura rispetto a una struttura grossolana in silicio.

Queste gamme sono gamme di ingegneria pratica piuttosto che specifiche universali. Gli standard delle singole leghe dovrebbero essere sempre controllati prima della produzione.

Perché il silicio migliora la colabilità

L'aumento del silicio all'interno di un sistema di leghe appropriato può migliorare la capacità dell'alluminio fuso di riempire geometrie di stampi complesse. Questo è uno dei motivi per cui le leghe Al-Si sono ampiamente utilizzate per componenti fusi con sezioni sottili o forme complicate.

Tuttavia, un silicio più elevato non è automaticamente migliore. Fasi siliciche eccessive o scarsamente controllate possono ridurre la duttilità e influenzare il comportamento a fatica. La morfologia, le dimensioni e la distribuzione delle particelle di silicio possono essere importanti quanto la percentuale totale di silicio.

Interazione con Magnesio e Rame

MagnesioEramepuò modificare sostanzialmente il comportamento delle leghe Al-Si. Il magnesio può consentire l'indurimento per precipitazione in sistemi idonei, mentre il rame può aumentare la resistenza ma può anche influenzare il comportamento alla corrosione e la duttilità.

Per gli ingegneri che acquistano silicio metallico, ciò significa che la materia prima richiesta dovrebbe essere valutata rispetto alla ricetta della lega finale anziché trattata come una materia prima isolata.

Silicio metallico come materia prima per siliconi, silani e precursori solari

Un secondo grande gruppo diapplicazioni di silicio metallicoè la produzione chimica. Il silicio metallico può fungere da materia prima per la produzione di prodotti chimici contenenti silicio-, compresi gli intermedi utilizzati nell'industria del silicone.

Dal silicio metallico ai prodotti chimici siliconici

La chimica industriale del silicone inizia comunemente con la reazione del silicio metallico con composti organici o contenenti alogeni adatti-in condizioni catalitiche controllate. Nella produzione di metilclorosilani, ad esempio, il silicio reagisce con il cloruro di metile nel processo diretto per produrre intermedi del clorosilano che possono successivamente essere idrolizzati e trasformati in polimeri siliconici e altri prodotti.

Questi materiali a valle includonooli siliconici, gomme siliconiche, sigillanti, rivestimenti e prodotti elastomerici. Le specifiche richieste del silicio-metallo dipendono dal processo del produttore, dal sistema catalitico e dalla tolleranza alle impurità.

Per gli acquirenti di prodotti chimici, la domanda chiave non è quindi semplicemente "Il silicio è al 99%?" ma piuttosto "Quali impurità interferiscono con la nostra reazione o il nostro sistema catalizzatore, e a quale concentrazione?"

Silicio metallico vs polisilicio

Pertanto il silicio metallico non dovrebbe essere commercializzato come sostituto diretto del polisilicio. Occupano punti diversi nella catena del valore del silicio e richiedono diversi livelli di purificazione.

Silicio metallico per catene di fornitura-correlate al solare

Nella produzione fotovoltaica, il silicio metallico può fungere da materia prima a monte per processi che alla fine producono silicio di purezza-molto più elevata. Il materiale viene successivamente raffinato attraverso ulteriori passaggi di purificazione chimica o metallurgica.

Questa distinzione è importante per i team di procurement. Un produttore di materiali solari-può richiedere silicio metallico con un controllo più rigoroso di specifiche impurità metalliche o volatili anche se il prodotto finale si trova a diversi passaggi di purificazione dalla materia prima originale.

Silicio metallico nella produzione dell'acciaio, controllo della ghisa e riduzione chimica

Sebbene il silicio metallico sia più strettamente associato all'industria chimica e dell'alluminio, ha anche importanti applicazioni metallurgiche. Il silicio può agire come aelemento disossidante e di regolazione-della leganella produzione dell'acciaio e può influenzare la struttura della ghisa.

Il silicio nella produzione dell'acciaio

Il silicio reagisce con l'ossigeno disciolto e può quindi partecipare alla disossidazione dell'acciaio. Nella produzione commerciale dell'acciaio, tuttavia, il silicio metallico non è necessariamente il vettore di silicio più economico per ogni operazione.Ferrosilicioè ampiamente utilizzato perché combina il silicio con il ferro ed è disponibile in più gradi progettati specificamente per la produzione dell'acciaio.

Il silicio metallico diventa più rilevante quando il produttore necessita di un'aggiunta-elevata di silicio senza introdurre una quantità elevata di ferro aggiuntivo o quando un equilibrio chimico specifico rende vantaggiosa l'aggiunta diretta di silicio.

Struttura in silicio e ghisa

Nella ghisa, il silicio è un elemento importante che influenza la grafitizzazione. L'aumento del silicio all'interno di una chimica appropriata può promuovere la formazione di grafite e ridurre la tendenza alla formazione di carburi, sebbene la struttura finale dipenda dall'equivalente di carbonio, dalla velocità di raffreddamento, dall'inoculazione, dalle aggiunte di lega e dallo spessore della sezione.

Per questo motivo una fonderia non dovrebbe determinare il dosaggio del silicio indipendentemente dal carbonio. Un sistema pratico di controllo del processo-prende in considerazione la relazione tratrattamento con carbonio, silicio, manganese, zolfo, magnesio e inoculazione.

Temperatura e sequenza di addizione

Il punto di aggiunta appropriato dipende dal forno e dal processo di fusione. I materiali contenenti silicio-possono essere aggiunti durante il caricamento del forno, durante il trasferimento o durante il trattamento finale a seconda della composizione target.

Per il controllo della produzione, il team di ingegneri dovrebbe definire il Si finale richiesto anziché utilizzare una regola fissa del chilogrammo-per-tonnellata per ogni colata. L'aggiunta richiesta può essere stimata dalla variazione desiderata nella concentrazione di silicio e dal recupero previsto del materiale di aggiunta selezionato.

Il silicio come riducente chimico

Il silicio può anche partecipare come agente riducente nelle-reazioni metallurgiche ad alta temperatura. La sua forte affinità per l'ossigeno consente al silicio di ridurre gli ossidi metallici selezionati in condizioni termodinamiche adeguate, producendo ossidi di silicio e il metallo ridotto o intermedio.

Tali reazioni vengono utilizzate nella produzione di determinati intermedi, siliciuri e materiali speciali contenenti silicio-. La stechiometria appropriata dipende dal sistema di ossido, dalla temperatura, dall'atmosfera e dalla fase del prodotto desiderata.

Specifiche, proprietà fisiche, test e gradi

Il più utilespecifica del metallo siliciocombina la composizione chimica con le caratteristiche fisiche. Un materiale contenente il 99% di silicio può comunque funzionare in modo diverso da un altro prodotto al 99% se le dimensioni delle particelle, l'ossidazione superficiale, l'umidità, Fe, Al, Ca o i livelli di oligoelementi differiscono.

Le dimensioni delle particelle contano

Metodi di prova consigliati

• XRF:utile per lo screening elementare di routine.
• ICP-OES:utile per l'analisi chimica di più-elementi se adeguatamente convalidato.
• Analisi al setaccio:adatto per prodotti di dimensioni-frantumate convenzionali.
• Diffrazione laser:utile per polveri fini ove applicabile.
• Analisi dell'ossigeno:rilevante laddove l'ossidazione superficiale o la contaminazione da ossigeno influiscono sull'applicazione.
• Test di umidità:utile per verificare le condizioni di spedizione e stoccaggio.

Dinamiche di mercato, gestione e sicurezza, considerazioni ambientali e di fornitura

Il mercato permetallo silicioè influenzato dalla produzione di alluminio, dalla domanda di prodotti chimici siliconici, dalle catene di fornitura-correlate al solare, dai prezzi dell'energia e dalle condizioni di produzione regionali. Poiché il processo di produzione è ad alta intensità di elettricità-, i cambiamenti nella disponibilità di energia e nei costi dell'elettricità possono avere un effetto diretto sull'economia della produzione.

La Cina rimane una delle principali fonti di fornitura globale di silicio-metallo, mentre altri produttori contribuiscono con materiale ai mercati regionali e internazionali. Gli acquirenti statunitensi dovrebbero considerare non solo il prezzo principale, ma anche il paese di origine, la distanza di spedizione, le misure commerciali, la capacità del fornitore e la continuità dell’offerta.

Movimentazione del silicio metallico negli stabilimenti statunitensi

I requisiti di stoccaggio e movimentazione dipendono fortemente dalla forma fisica. I pezzi metallici di silicio-di grandi dimensioni hanno caratteristiche di polvere diverse dalla polvere di silicio fine. Una volta che il materiale viene frantumato, vagliato o macinato in particelle fini, la generazione di polvere diventa una considerazione più importante per la sicurezza-del processo e del lavoro.

Le strutture dovrebbero ridurre al minimo l'accumulo inutile di polvere, mantenere procedure di pulizia adeguate e controllare le fonti di accensione laddove i rischi legati alla polvere combustibile-sono rilevanti. Le linee guida OSHA sulla polvere combustibile- dovrebbero essere prese in considerazione per le operazioni che coinvolgono materiale particolato sufficientemente fine.

Pratiche di conservazione consigliate

• Mantenere il materiale asciutto e protetto dalla pioggia e dalla condensa.
• Conservare i sacchi su pallet idonei anziché direttamente su pavimenti bagnati.
• Proteggere l'imballaggio da forature e danni meccanici.
• Utilizzare una ventilazione di scarico locale dove vengono generate polveri sottili.
• Pulire la polvere accumulata utilizzando procedure adeguate per la valutazione dei rischi della struttura.
• Mantenere le sostanze chimiche incompatibili e le fonti di accensione adeguatamente controllate.
• Esaminare l'attuale SDS del fornitore prima di gestire qualità sconosciute.

Opzioni di imballaggio

Domande sugli appalti ambientali

Per gli appalti incentrati sulla sostenibilità-, chiedi al fornitore come vengono calcolati il ​​consumo di elettricità, l'impronta di carbonio e i controlli ambientali. Un confronto significativo dovrebbe specificare se l’impronta riportata comprende solo l’elettricità dei forni o anche le materie prime, i trasporti e altri processi a monte.