Siliziummetalle verändern die Welt

Silikone, Aluminiumlegierungen, Photovoltaik-Paneele sind uns sehr gut bekannt. Aber ist uns bewusst, dass sie alle Siliziummetalle enthalten? Was sind Siliziummetalle, wie sieht ihre Herstellung aus und wo finden sie ihre Anwendung? Antworten auf diese Fragen finden Sie in unserem Artikel.

Veröffentlicht: 27-03-2020

Die PCC-Gruppe hat in Island eines der umweltfreundlichsten und modernsten Silikmetallwerke der Welt gebaut. Sie wurde 2018 in Betrieb genommen und nahm 2019 die reguläre Produktion auf. Siliko-Metall wird unter anderem als Bestandteil von Aluminiumlegierungen oder als Werkstoff für die Herstellung von Silikonen und Siloxanen in der chemischen Industrie verwendet. Es ist auch ein wichtiger Rohstoff für Photovoltaikmodule.

Das Verfahren

Das Werk Bakki produziert Siliziummetall mit einem sehr hohen Gehalt an reinem Silizium (Si ≥ 98,5 %). Die Rohstoffe für seine Synthese sind Quarzit (ein natürlich vorkommendes Mineral aus Siliziumdioxid, SiO2) sowie Kohlenstoff und Holz. Es wird bei einer Temperatur von etwa 2000 °C in Widerstands-Lichtbogenöfen hergestellt. Der wichtigste Rohstoff, Quarzit, kommt hauptsächlich aus Polen, aus dem Bergwerk der PCC Silicium S.A., das sich in Zagórze bei Kielce befindet. Die Fabrik in Island verfügt über spezielle Filteranlagen, die den bei der Produktion entstehenden Staub fast vollständig aus der Luft entfernen. Bei diesem Prozess entstehen auch zwei Nebenprodukte – MicroSilica und Siliziumschlacke, die ebenfalls verkauft werden.

Während des Prozesses wird der größte Teil des Quarzits (SiO2) durch Kohlenstoff (C) zu Siliziumkarbid (SiC) reduziert, das ein Reduktionsmittel für den Rest des Quarzes ist, der im Elektrodenbogen nicht reagiert hat.

Die chemische Reaktion verläuft wie folgt:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO

SiO₂ + 3C = SiC + 2CO (im unteren Bereich des Ofens)

Die Endreaktion findet oberhalb der Mitte des Ofens bei einer Temperatur von mehr als 1835°C statt. Der elektrische Lichtbogen zwischen den Elektrodenspitzen und der Mitte des Ofens hält eine Temperatur von bis zu 2000°C aufrecht.

Die letzte Stufe der chemischen Reaktion kann wie folgt beschrieben werden:

2SiO₂ + 3SiC = 4Si + SiO +3CO

SiO + SiC = 2Si + CO

Bei der letzten Reaktion entsteht reines Silizium, das bereits in Form von Siliziummetall aus dem Ofen entnommen wird.

Abb. 1: Vereinfachtes Schema der Siliziummetallherstellung
http://www.pcc.is/the-plant-technology/

Geschmolzenes Siliziummetall wird aus den Öfen in die Tiegel entnommen, die in die Gießerei gebracht werden. Dort werden die Brammen raffiniert und gegossen. Nach dem Abkühlen werden sie vorzerkleinert und im Ofenschrank zwischengelagert. Danach wird das Produkt zur Zerkleinerung geschickt und in dieser Form für den Transport verpackt.

Nebenprodukte

Eines der Nebenprodukte ist MicroSilica, das in speziellen Schlauchfiltern aus den Abgasen abgeschieden wird. Die meisten Rohstoffe werden zu Siliziummetall verarbeitet, weshalb während des Produktionsprozesses eine sehr geringe Menge an festen Nebenprodukten anfällt. Ein kleiner Teil der Rohstoffe wird auch zu Schlacke verarbeitet. Alle bei der Produktion entstehenden Abgase werden gerinigt und weiterverarbeitet.

Anwendung

Siliziummetall wird, wie bereits erwähnt, als Legierungszusatz für Aluminium verwendet und wird in der chemischen Industrie zur Herstellung von Silikonen eingesetzt. Es wird auch in der Elektronikindustrie und im Solarenergiesektor (Solarzellenplatten, Siliziumchips, Halbleiter) verwendet. Es verbessert die Eigenschaften von Aluminium, wie Festigkeit, Härte und Gießbarkeit. Der Zusatz von Siliziummetall macht Aluminiumlegierungen stark und leicht. Die Verwendung von Siliziummetal-Legierungen in der Automobilindustrie als Ersatz für schwerere Gusseisenteile ist ebenfalls erwiesen. Felgen und Motorblöcke sind Autoteile, die üblicherweise in Aluminium mit dem Zusatz von Silizium gegossen werden. Siliziummetalle sind ein Schlüsselrohstoff für viele Industriezweige. Ohne Silizium gäbe es keine Computer, Photovoltaik-Paneele und viele Produkte, die im Bauwesen verwendet werden. Das neue Werk der PCC-Gruppe nutzt ausschließlich Energie aus ökologischer Geothermie für die Produktion von Siliziummetall, für das Island in der ganzen Welt bekannt ist. Dies ermöglicht es uns, Siliziummetall von höchster Qualität mit mehr als dreimal geringeren Kohlendioxidemissionen im Vergleich zu anderen Fabriken anzubieten.


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