يحتل السيليكون المرتبة الثانية بعد الأكسجين في بعض الصناعات المهمة لأنه العنصر الأكثر وفرة في قشرة الأرض وكذلك في الصخور والرمل والطين والتربة.
محتويات المقال
ما هو السيليكون؟
- السيليكون هو العنصر الرابع عشر في الجدول الدوري وهو عنصر مجموعة IVA جنبًا إلى جنب مع الجرمانيوم والكربون والقصدير والرصاص.السيليكون النقي هو مادة صلبة رمادية داكنة لها نفس التركيب البلوري مثل الماس ، وتتشابه خواصه الكيميائية والفيزيائية مع هذه المواد.
- يحتوي السيليكون على درجة انصهار تبلغ 2570 درجة فهرنهايت (1410 درجة مئوية) ونقطة غليان تبلغ 4271 درجة فهرنهايت (2355 درجة مئوية) وكثافة 2.33 جم / سم 3.
- عند تسخين السيليكون يتفاعل مع الهالوجينات (الفلور والكلور والبروم واليود) لتكوين هاليدات ويتفاعل مع بعض المعادن لتشكيل مبيدات الآفات.عند تسخينه في فرن كهربائي بالكربون ، يتم إنتاج سيراميك مقاوم للتآكل.
- حمض الهيدروفلوريك هو الحمض الوحيد الذي يؤثر على السيليكون ، وفي درجات الحرارة المرتفعة ، يتعرض السيليكون للهجوم بواسطة بخار الماء أو الأكسجين ، مكونًا طبقة سطحية من ثاني أكسيد السيليكون.
- عندما يتم تنقية السيليكون وإشباعه بعناصر مثل البورون والفوسفور والزرنيخ ، فإنه يستخدم كأشباه موصلات في مجموعة متنوعة من التطبيقات.ولتحقيق أقصى درجة من النقاء ، يتم استخدام عملية كيميائية تقلل من رباعي كلوريد السيليكون أو ثلاثي كلورو سيلان إلى سيليكون.
طريقة إنتاج السيليكون واستخداماته في الصناعة
- يستخدم السيليكون منخفض النقاء كعامل مختزل في علم المعادن وكعنصر صناعة السبائك في الفولاذ والنحاس والألمنيوم والبرونز.
- عند إضافة كمية صغيرة من السيليكون إلى الألومنيوم ، يصبح الألمنيوم أسهل في الصب كما يحسن القوة والصلابة والخصائص الأخرى ، ويستخدم على شكل أكسيد أسطواني أو سيليكات لصنع الخرسانة والطوب والزجاج والسيراميك والصابون.
- معدن السيليكون هو أيضًا المادة الأساسية المستخدمة في صنع السيليكون المستخدم في منتجات مثل الزيوت الاصطناعية ومانعات التسرب والعوامل المضادة للرغوة.
- يعد السيليكون أحد أكثر العناصر فائدة للإنسان ويستخدم في الغالب في صناعة السبائك مثل السيليكون والألمنيوم والفيروسيليكون.
إنتاج السيليكون
- بلغ الإنتاج العالمي في عام 1999 حوالي 640 ألف طن (باستثناء الصين) ، وكان المنتجون الرئيسيون هم البرازيل وفرنسا والنرويج والولايات المتحدة.
- يعد هذا انخفاضًا ثابتًا مقارنة بالسنوات القليلة الماضية (653000 طن في عام 1998 و 664000 طن في عام 1997) ، على الرغم من عدم توفر البيانات ، يُعتقد أن الصين هي أكبر منتج ، تليها الولايات المتحدة.
- يشير أحد التقديرات إلى أن الطاقة الإنتاجية للصين تبلغ 400 ألف طن سنويًا مع أكثر من 400 منتج ، حيث زادت الصادرات من هذا البلد في السنوات الأخيرة.
- بلغ استهلاك معدن السيليكون في الولايات المتحدة حوالي 262 ألف طن بتكلفة 57 سنتًا للرطل ، وكان المعدل السنوي للزيادة في الفترة 19801995 حوالي 3.5٪ لطلب السيليكون من صناعة الألمنيوم وحوالي 8٪ من الصناعة الكيميائية.
- تأثر الطلب من الصناعة الكيميائية (السيليكون بشكل أساسي) بالأزمة الاقتصادية الآسيوية في أواخر التسعينيات.
مواد خام لإنتاج السيليكون
- يتكون معدن السيليكون من تفاعل السيليكا (ثاني أكسيد السيليكون ، SiO2) مع المواد الكربونية مثل فحم الكوك ونشارة الخشب والفحم.
- عندما يتم أخذ السيليكا عادة على شكل حصى معدني ، فإن هذا الحصى يتكون من 99.5٪ سيليكا ويبلغ قياسه 3 × 1 أو 6 × 1 بوصة (8 × 3 سم أو 15 × 3 سم).
- يحتوي الفحم عمومًا على نسبة منخفضة من الرماد (13٪ لتقليل شوائب الكالسيوم والألمنيوم والحديد) ، ويحتوي على حوالي 60٪ من الكربون وله نفس حجم محتوى الرمل.
- تكون رقائق الخشب عادة 1/2 “x 1/8” (1 x 3 cm) من الخشب الصلب ، وجميع المواد مأخوذة على النحو المحدد من قبل الشركة المصنعة.
استخدامات نفايات السيليكون
يتم الاحتفاظ بالنفايات إلى الحد الأدنى من خلال التحكم الإحصائي في العملية ، ويتم بيع دخان السيليكا ، وهو منتج ثانوي لهذه العملية ، إلى الصناعات الحرارية والأسمنت لزيادة قوة منتجاتهم.
يستخدم دخان السيليكا أيضًا في العزل الحراري ، كمواد مالئة في المطاط والبوليمرات ، وفي تطبيقات أخرى.
مستقبل السيليكون
بينما يتوقع محللو الصناعة زيادة طلب الدول الغربية على السيليكون الكيميائي بنسبة 7٪ سنويًا حتى عام 2003 ، قد يكون هذا النمو أبطأ بسبب الانكماش الاقتصادي الأخير في آسيا واليابان.
إذا استمرت الإمدادات في تجاوز الطلب ، فقد تستمر الأسعار في الانخفاض ، والتوقعات بشأن سوق السيارات إيجابية حيث يتجه المزيد من صانعي السيارات إلى الألومنيوم وسبائك السيليكون لأجزاء مختلفة.
ما يعادل السيليكون
يتم استكشاف طرق أخرى لصنع السيليكون ، بما في ذلك المبرد الفائق لتشكيل كتلة السيليكون غير المتبلور ، وطريقة حرارية مائية لصنع مسحوق سيليكون مسامي للتطبيقات الضوئية.
كيفية استخدام السيليكون في مراقبة الجودة
- يتم استخدام التحكم في العمليات الإحصائية لضمان الجودة حيث يتم استخدام الأنظمة التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر لإدارة العملية الشاملة وتقييم البيانات الإحصائية.
- العمليتان الرئيسيتان اللتان يجب التحكم فيهما هما كميات المواد الخام المستخدمة ودرجات حرارة الفرن. يتم استخدام الاختبارات المعملية لمراقبة التركيب الكيميائي للمنتج النهائي والبحث عن طرق لتحسين التركيب عن طريق تعديل عملية التصنيع.
- تضمن عمليات فحص الجودة والتقييمات الدورية للموردين الحفاظ على الجودة من استخراج المواد الخام إلى نقل المنتج النهائي.