Krzemometale zmieniają świat

Silikony, stopy aluminium, panele fotowoltaiczne są nam bardzo dobrze znane. Czy mamy jednak świadomość, że wszystkie zawierają krzemometale? Czym są krzemometale, jak wygląda ich produkcja i gdzie znajdują swoje zastosowanie? Na te pytania znajdziecie odpowiedź w naszym artykule.

Opublikowano: 27-03-2020

Grupa PCC wybudowała na Islandii jedną z najbardziej przyjaznych środowisku i najnowocześniejszych wytwórni krzemometalu na świecie. Została ona oddana do użytku w 2018 roku, a w 2019 rozpoczęła regularną produkcję. Krzemometal znajduje swoje zastosowanie min. jako składnik stopów aluminium, czy też materiał do produkcji silikonów i siloksanów w przemyśle chemicznym. Jest także kluczowym surowcem do produkcji paneli fotowoltaicznych.

Proces technologiczny

Zakład w Bakki produkuje krzemometal o bardzo wysokiej zawartości czystego krzemu (Si ≥ 98,5%). Surowcami do jego syntezy są kwarcyt (naturalnie występujący minerał zbudowany z dwutlenku krzemu, SiO2) oraz węgiel i drewno. Produkuje się go w temperaturze ok. 2000 oC, w piecach oporowo – łukowych. Kluczowy surowiec, jakim jest kwarcyt, pochodzi głównie z Polski, z kopalni należącej do PCC Silicium S.A., która mieści się w Zagórzu koło Kielc. Fabryka w Islandii posiada specjalne urządzenia filtracyjne, które niemal całkowicie usuwają z powietrza powstający w czasie produkcji pył. W czasie procesu powstają także dwa produkty uboczne – MicroSilica i żużel krzemowy, które również są sprzedawane.

Podczas procesu większość kwarcytu (SiO2) redukowana jest przez węgiel (C) do węglika krzemu (SiC), który jest środkiem redukującym dla pozostałej części kwarcu, która nie przereagowała w łuku elektrod.

Reakacja chemiczna wygląda następująco:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO

SiO₂ + 3C = SiC + 2CO (w dolnej części pieca)

Końcowa reakcja odbywa się powyżej centrum pieca, w temperaturze wyższej niż 1835oC. Łuk elektryczny znajdujący się między końcówkami elektrod a środkiem pieca, utrzymuje temperaturę do 2000oC.

Końcowy etap reakcji chemiczne można opisać następująco:

2SiO₂ + 3SiC = 4Si + SiO +3CO

SiO + SiC = 2Si + CO

Podczas ostatniej reakcji powstaje czysty krzem, który pobierany jest z pieca już w formie krzemometalu.

Rys.1 Uproszczony schemat produkcji metalu krzemowego
http://www.pcc.is/the-plant-technology/

Stopiony krzemometal jest pobierany z pieców do tygli, które przekazywane są do odlewni. Tam następuje rafinacja i odlewanie wlewek. Po schłodzeniu są one wstępnie rozdrabniane i tymczasowe przechowuje się je w zabudowie pieca. Następnie produkt przekazuje się do kruszenia i w tej formie jest pakowany do transportu.

Produkty uboczne

Jednym z produktów ubocznych jest MicroSilica, którą oddziela się od spalin w specjalnych filtrach workowych. Większość surowców przetwarzana jest na krzemometal, dlatego też w trakcie procesu produkcyjnego powstaje bardzo mała ilość stałych produktów ubocznych. Niewielka część surowców jest przetwarzana także na żużel. Wszystkie spaliny powstające podczas produkcji są poddawane oczyszczaniu i dalszej obróbce.

Zastosowanie

Krzemometal, jak już zostało wspomniane, stosowany jest jako dodatek stopowy do aluminium oraz używany jest w przemyśle chemicznym do produkcji silikonów. Znajduje on swoje zastosowanie także w przemyśle elektronicznym oraz sektorze energii słonecznej (panele słoneczne, chipy krzemowe, półprzewodniki). Poprawia on właściwości aluminium, takie jak wytrzymałość, twardość czy lejność. Dodatek krzemometalu sprawia, że stopy aluminium stają się mocne i lekkie. Sprawdza się także zastosowanie stopów krzemometali w przemyśle motoryzacyjnym, jako zamienniki do cięższych części zrobionych z żeliwa. Felgi oraz bloki silników to części samochodowe, które najczęściej odlewa się z aluminium z domieszką krzemu. Krzemometale są kluczowym surowcem dla wielu branż. Bez krzemu nie mielibyśmy komputerów, paneli fotowoltaicznych oraz wielu produktów używanych w budownictwie. Nowa fabryka Grupy PCC do produkcji krzemometalu używa wyłącznie energii pochodzącej z ekologicznych źródeł geotermalnych, z których słynie na całym świecie Islandia. Dzięki temu możemy zaoferować najwyższej jakości krzemometal o ponad trzykrotnie niższej emisji dwutlenku węgla w porównaniu z innymi fabrykami.


Komentarze
Dołącz do dyskusji
Brak komentarzy
Oceń przydatność informacji
- (brak)
Twoja ocena