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。按照金属硅中铁、铝、钙的百分比含量,金属硅可分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。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;硅的用途:①高纯的单晶硅是重要的半导体材料在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半导体。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。
金属硅又称结晶硅或工业硅,其主要用途是作为非铁基合金的添加剂,是二十世纪六十年代中期出现的一个商品名称。它的出现与半导体行业的兴起有关。目前,国际用作法是把商品硅分成金属硅和半导体硅。主要输往日本、美国、欧洲、澳大利亚、印度、韩国、马来西亚、香港、台湾、加拿大、墨西哥、阿根廷等国家和地区。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,其余杂质为铁、铝、钙等。金属硅价格昂贵。[2] 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 这样制得的金属硅纯度为97~98%。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。硅铁合金也称为硅铁主要用做脱氧剂或合金元素添加剂,硅含量在8.0%—95.0%范围内的铁和硅的合金。
硅铁按含硅量有45%、65%、75%和90%等品种,硅铁按其所含Si及其杂质分为21个牌号。
硅铁合金作用:
(1)在炼钢工业中用作脱氧剂和合金剂。
(2)在铸铁工业中用作孕育剂和球化剂。
(3)在铁合金、金属镁生产中作还原剂。
入炉的硅石要求有一定的粒度。硅石的粒度是冶炼的一个重要工艺因素。硅石适宜粒度受硅石种类、电炉、容量、操作状况以及还原剂的种类和粒度等多种因素影响,粒度过大时,由于不能和捣炉粘料及反应速度相适应,易使未反应的硅石进入液体硅中,造成渣量增多,出炉困难,硅的回收率降低,能耗增大,甚至造成炉底上涨,影响正常生产。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。粒度过小,虽能增大还原剂的接触表面,有利于还原反应的进行,但反应过程中生产的气体不能顺利排出,又会减慢反应速度。粒度过小时。带入的杂质又会增多,影响产品质量。生产中一般小于5mm 的硅石不宜采用。