1. Gruvdrift och extraktion:
* Silica Sand: Den primära källan till kisel är kiseldioxidsand, som bryts ut från olika avlagringar runt om i världen.
* kemisk extraktion: Kiseldioxidsand består främst av kiseldioxid (SiO2). För att extrahera kisel behandlas sanden med ett reducerande medel, vanligtvis kol i form av koks, i en hög temperaturugn. Denna reaktion reducerar kiseldioxiden till kisel och koldioxid:
SiO2 + 2C → SI + 2CO
2. Metallurgisk kisel (MG-SI):
* bågsugn Produktion: Reaktionen ovan utförs i en stor elektrisk bågugn.
* Föroreningar: Kisel som produceras i detta steg kallas metallurgisk kisel (MG-SI) och innehåller olika föroreningar, inklusive järn, aluminium och kalcium.
* Applikationer: Mg-Si används främst vid produktion av legeringar, särskilt inom aluminiumindustrin och i solceller.
3. Rening:
* siemens Process: För att erhålla kisel med hög renhet behöver MG-SI ytterligare förfining med hjälp av en process som kallas Siemens-processen. Detta innebär att reagera MG-Si med väteklorid (HCl) vid höga temperaturer för att bilda triklorosilan (SIHCL3):
Si + 3HCl → SIHCL3 + H2
* destillation: Tiklorosilan destilleras sedan för att ta bort föroreningar.
* Nedbrytning: Slutligen sönderdelas den renade triklorosilanen vid höga temperaturer för att producera polykristallint kisel (Polysilicon):
2SIHCL3 → SI + 2HCL + SICL4
4. Polysilicon:
* Hög renhet: Polysilicon är en hög renhetsform av kisel (99.9999%) och används vid tillverkning av solceller, halvledare och andra högteknologiska applikationer.
5. Enkristall kisel (monosilicon):
* Kristalltillväxt: För att skapa enkristall kisel (monosilikon) smältes polysilikon och en frökristall införs i smältan. Frökristallen dras försiktigt ut ur smältan, vilket resulterar i tillväxten av en enda kristall.
* Applikationer: Monosilicon används vid tillverkning av integrerade kretsar (ICS), transistorer och andra avancerade elektroniska enheter.
Sammanfattning:
Kiselstillverkning involverar en serie steg från gruvdriftsand till förädling till hög renhet kisel. Processen kräver höga temperaturer, specialiserad utrustning och rigorös kvalitetskontroll för att producera kisel som är lämplig för olika applikationer.
