硅单质本身不是金属,属于非金属。平时说的金属硅,是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品,主成分硅元素的含量在98%左右(近年来,含Si量99.99%的也包含在金属硅内),其余杂质为铁、铝、钙等。
金属硅的性质与锗、铅、锡相近,所以叫做金属硅。1、硅元素硅,原子序数14,原子量28.0855, 硅有晶态和无定形两种形式。所以硅铁常用于练钢作脱氧剂,同时由于SiO2生成时放出大量的热,在脱氧同时,可提高钢水温度降底练钢的能原消耗。晶态硅具有金刚石晶格,硬而脆,熔点1410°C,沸点2355°C,密度2.32~2.34克/厘米3,硬度为7。无定形硅是一种灰黑色粉末,实际是微晶体。晶态硅的电导率不及金属,且随温度升高而增加,具有明显的半导体性质。
硅在常温下不活泼,与空气、水和酸等没有明显作用;中国已开始加入化学用硅生产和供应国的行列,生产化学用硅的企业不断增加。在加热下,能与卤素反应生成四卤化硅;650°C,时硅开始与氧完全反应;硅单质在高温下还能与碳、氮、硫等非金属单质反应;硅可间接生成一系列硅的氢化物;硅还能与钙、镁、铁等化合,生成金属硅化物。
超纯的单晶硅可作半导体材料。粗的单晶硅及其金属互化物组成的合金,常被用来增强铝、镁、铜等金属的强度。
金属硅的分类通常按金属硅成分所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。按照金属硅中铁、铝、钙的含量,可把金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。
工业上,金属硅通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。 化学反应方程式: SiO2 2C → Si 2CO 这样制得的硅纯度为97~98%,叫做金属硅。再将它融化后重结晶,用酸除去杂质,得到纯度为99.7~99.8%的金属硅。
工业硅又称结晶硅或金属硅。工业硅的主要用途是作为非铁合金的添加剂。金属硅生产采用碳热法,即用硅石、碳质还原剂在矿热炉内进行冶炼的方法。硅加入到某些有色金属中时,能提高基体金属的强度、硬度和耐磨性,有时还能改善基体的铸造性能。工业硅也用作要求严格的硅钢的合金剂,冶炼特种钢种和非铁基合金的脱氧剂。据统计,1985年全世界共消耗金属硅约50万吨,其中用于铝合金的金属硅约占60%,用于有机硅的不足30%,用于半导体的约占3%,其余用于钢铁冶炼及精密陶瓷等。工业硅又称结晶硅或金属硅。工业硅的主要用途是作为非铁合金的添加剂。硅加入到某些有色金属中时,能提高基体金属的强度、硬度和耐磨性,有时还能改善基体的铸造性能。工业硅也用作要求严格的硅钢的合金剂,冶炼特种钢种和非铁基合金的脱氧剂。
氧化硅矿物冶炼金属硅的过程是无渣过程,化学硅冶炼对硅石的选用较严格,不仅杂质含量要少,还要求有高的机械强度、足够的热稳定性,适宜的粒度组成。化学用硅熔炼宜采用硅石。金属结晶,是指由晶核核心形成和晶核长大两个基本过程组成的,即金属是从自液态冷却转变为固态的过程,是原子从不规则排列的状态过渡到原子规则排列的晶体状态的过程。天然形态的氧化硅或者是以***的石英矿物存在,或者是以几乎全是由氧化硅积成的岩石—硅石,或硅石形态的砂岩存在。生产化学用硅的含有氧化硅矿物中的杂质和粘着物,在熔炼过程中有的完全被还原,有的部分被还原,有的以化合物形态进入产品硅中或生成熔渣。这样不仅增大能量消耗,降低产品质量,还给熔炼过程造成困难。
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