طريقة تصنيع السيلكون واستخداماته

السيليكون هو من العناصر المكونة للقشرة الأرضية والتي تعتبر أكثرها وفرة، يدخل عنصر

السيليكون

في تكوين الرمال والصخور والماء والغلاف الجوي، كما يتواجد أيضاً في النباتات والحيوانات.

عنصر السيليكون


– يوجد السيليكون في الجدول الدوري بجانب عنصر الجرمانيوم والقصدير والرصاص فيعتبر العنصر الرابع عشر في الجدول الدوري، كما يوجد عنصر السيليكون الخام أو النقي بشكل بشكل بلوري صلب.

– كما يأخذ اللون الرمادي الغامق، و ينصهر عنصر السيليكون عند 2570 درجة فهرنهايت، أي ما يعادل 1410 درجة مئوية، كما تعادل درجة غليانه 4271 درجة فهرنهايت، أي ما يعادل 2355 درجة مئوية وكثافة 2.33جم /3 سم.

– عند تسخين عنصر السيليكون مع الهالوجينات مثل الكلور و

اليود

والفلور والبرومين تتشكل الهاليدات، كما يتشكل مع بعض المعادن الأخرى ليشكل السليسيات، أما عندما يتم تسخين السيليكون مع عنصر الكربون في فرن كهربائي يتم إنتاج السيراميك أو ما يسمي علميا.

– بكربيد السيليكون وهو السيراميك المقاوم للتأكل، كما يتأثر السيليكون بعنصر الهيدروفلوريك و يعد العنصر الوحيد الذي يؤثر على السيليكون، كما يتشكل على شكل ثاني أكسيد السيليكون عندما يتعرض لبخار الماء أو الأكسجين.

– و ايضًا يستخدم السيليكون كأشباة الموصلات في مختلف التطبيقات المتنوعة، عندما ينقى ويتم تخديره مع عناصر الزرنيخ والورون والفوسفور.

إستخدام السيليكون في الصناعات المختلفة


– يستخدم السيليكون النقي كعامل مختزل كما يدخل في صناعة السبائك من البرونز والألومنيوم والنحاس والصلب، و يعمل السيليكون على جعل الألومنيوم أحسن قوة وصلابة.

– عندما يتم أضافة كميات صغيرة منه عند صناعه الألومنيوم، كما يدخل السيليكون في صناعة الطوب والخرسانة والزجاج، كما يدخل السيليكون المعدني في صناعة الزيوت الصناعية، والكوليكس والمواد مكافحة الرغوة والسيليرس.

المواد الخام المستخدمة في صناعة السيليكون المعدن


– يتم تصنيع السيليكون المعدن من تفاعل ثاني أكسيد السيليكون، أو المعروف بالسيليكا مع المواد الكربونية مثل

فحم الكوك

والفحم ورقائق الخشب.

– و يتم عادة استقبال العنصر على شكل السيليكا في شكل الحصى المعدني، و يعد هذا الحصى 99.5% السيليكا أو ثاني أكسيد السيليكون و 1*3 أو 1/6.

– كما يستخدم الفحم منخفض الرماد والذي يحتوي على 60% من الكربون وذلك لتقليل الشوائب في النحاس والأولومنيوم والكالسيوم والحديد، كما يتكون حجم رقائق الخشب من 1/2 * 1/8 بوصة أو بحجم 1*3 سم.

تصنيع السيليكون المعدن


بتم صناعة السيليكون على عدة مراحل متتالية وهي:


أولًا : التسخين


العملية الأولى والأساسية في صناعة السيليكون هي تسخين السيليكون أولاً في الأفران المغمورة أو أفران القوس الكهربائي مع الفحم الكوك في درجات حرارة مرتفعة.

و تستخدم درجة الحرارة العالية لإنتاج رد الفعل حيث يتم إستخدامها لإزالة الأكسجين أو ما يسمي بعملية التخفيض أي إزالة الأكسجين وترك السيليكون، في أغلب الأحيان يتم تشكيل كربيد المعادن في درجات الحرارة المنخفضة.

– كما تشتمل عملية تشكيل السيليكون بهذه الطريقة، ثم يتم بعد ذلك تتم عمليات تكرير السيليكون لإزالة الشوائب وتحسين النقاء.

ثانيًا : عملية التخفيض


– يتم وضع المواد الخام في الفرن بعد وزنها تحتوي الدفعة النموزجية للمواد على 1000 رطل من الحصى والرقائق أي ما يعادل 453 كجم و 550 رطل من الفحم أي ما يعادل 250 كجم.

– يتم بعدها وضع غطاء الفرن الذي يحتوي على الأقطاب الكهربائية، ثم يتم تمرير

التيار الكهربي

في الأقطاب لتشكل قوس، و الذي يولد حرارة 2350 درجة مئوية أو 4000 درجة فهرنهايت، ثم يتم بعد ذلك بإذابة الماء تفاعل الكربون مع الرمل ليتكون السيليكون وأول أكسيد الكربون، تتم هذه العملية خلال 6 : 8 ساعات.

– عندما يكون المعدن في الحالة المنصهرة يتم التعامل مع الهواء، والأكسجين لتقليل كمية الألومنيوم والكالسيوم والشوائب،  حيث يحتوي السيليكون على كميات ضئيلة من الكالسيوم والألومنيوم والحديد.

ثالثًا : التعبئة و التعبئة


يتم بعد التخفيض سكب المواد المؤكسدة في صواني من الحديد الزهر ليتم تبريدها، و بعد التبريد يتم افراغ المعدن من القالب وتخزينه، ثم يتم تعبئة السيليكون في صناديق كبيرة خشبية، أو أكياس كبيرة  يصل وزنها الى حوالي 3000 رطل أو ما يعادل 1361 كيلو جرام.

مخلفات صناعة السيليكون


يتم بيع مخلفات صناعة السيليكون كمنتج ثانوي، مثل الدخان السيليكا فيدخل في صناعة المواد المقاومة للحرارة، مثل الأسمنت لتحسين قوتة أو في صناعت العزل الحراري أو حشوات المطاط.