Tetrachlorek krzemu (Silicon tetrachloride)

Bez wątpienia można powiedzieć, że tetrachlorek krzemu (CAS 10026-04-7) jest substancją, bez której ciężko wyobrazić sobie współczesny świat. Rozwój nowoczesnych technologii czy powszechna informatyzacja, nie miałyby miejsca bez udziału tego związku.  Chociaż końcowe zastosowania produktów na bazie SiCl₄ będą się różnić między sobą, to zapewnienie niezachwianych dostaw tego surowca, będącego półproduktem w wielu sektorach gospodarki stanowi fundament dla zagwarantowania globalnego rozwoju.

Chemiczne i fizyczne właściwości czterochlorku krzemu

SiCl₄ to wzór chemiczny czterochlorku krzemu. Jest to substancja charakteryzująca się szeregiem cech i właściwości niezwykle istotnych w wykorzystaniu tego surowca w przemyśle.

• płynny tetrachlorek krzemu jest niepalną, wysoce lotną cieczą o niskiej temperaturze wrzenia, wynoszącej 57 stopni Celsjusza;
• w temperaturze poniżej 650 stopni Celsjusza, nie następuje samoczynny zapłon tej substancji. Nie jest ona również wybuchowa i nie utlenia się;
• gęstość chlorku krzemu (IV) jest większa od gęstości wody i wynosi 1,48 g/cm³. Pracując z tą substancją należy mieć na uwadze, że bardzo gwałtownie reaguje z wodą, jest żrąca i toksyczna. W związku z tym należy zachować szczególną ostrożność;
• pod wpływem kontaktu z wodą lub wilgotnym powietrzem, rozkłada się z wydzieleniem dużej ilości ciepła, tworząc jednocześnie kwas krzemowy i kwas solny;
• w wilgotnym środowisku działa korodująco na metale;
• bardzo dobrze miesza się z wieloma organicznymi rozpuszczalnikami, np. z toluenem, benzenem, chloroformem, czterochlorkiem węgla, eterem naftowym, eterem, a także kwasem solnym.

Czym się różni tetrachlorek krzemu techniczny od tetrachlorku krzemu 6N?

Oferowany przez Grupę PCC tetrachlorek krzemu, nazywany często tetrachloro silanem, występuje w dwóch wariantach: jako techniczny tetrachlorek krzemu oraz tetrachlorek krzemu 6N. Czym one się różnią?

Techniczny tetrachlorek krzemu

Odczynniki o czystości technicznej to takie, które zawierają 90-99%  substancji aktywnej.  Ich znaczenie w przemyśle jest bardzo duże. Dystrybutorzy tetrachlorku krzemu o czystości technicznej, oferują produkt, który jest zanieczyszczony niewielką ilością wolnego chloru. Zazwyczaj jego ilość w końcowym produkcie nie przekracza 0,2%. Z powodzeniem stosowany może być jako surowiec bądź półprodukt w produkcji krzemu metalurgicznego, krzemionki lub innych substancji bazujących na krzemie.

Tetrachlorek krzemu 6N

Jest to surowiec, który w przeciwieństwie do technicznego SiCl₄ charakteryzuje się unikalną czystością wynoszącą 99,9999%. Ultra czysty chlorek krzemu (IV) jest otrzymywany w procesie rektyfikacji technicznego tetrachlorku krzemu. Producenci deklarujący czystość wynoszącą aż 99,9999% zapewniają doskonały surowiec do produkcji najwyższej jakości włókien szklanych do przewodnictwa sygnałów czy szybkiego transferu danych. Tetrachlorek krzemu 6N jest szczególnie przydatny do wytwarzania włókien optycznych, w których pożądany jest niski poziom tłumienia. Jest również powszechnie wykorzystywany w elektronice, jako surowiec do wytwarzania ultra czystego polikrzemu, stosowanego następnie do produkcji wafli krzemowych.

Sytuacja na rynku surowców

Jak podaje Future Market Insights (FMI), szacuje się, że globalna sprzedaż tetrachlorku krzemu w najbliższych latach będzie wzrastać. W okresie 2022-2027 zwiększy się o 4,5%. Oczekuje się, że do końca okresu prognozy, rynek osiągnie wartość ponad 2,846 mln USD. FMI opublikował nowe badanie zatytułowane „Silicon Tetrachloride & Derivatives Market: Global Industry Analysis 2012-2021 and Opportunity Assessment 2022-2027”. Według tego raportu, popyt, a także cena tego surowca, będzie prawdopodobnie napędzana przez rosnące zapotrzebowanie na produkcję półproduktów chemicznych.

Chlorek krzemu (IV) o wysokiej czystości jest głównym surowcem używanym do produkcji preformy kabla optycznego, który jest stosowany do wytwarzania popularnych obecnie światłowodów. W ostatnim czasie, wspierany przez rozwój technologii 4G, 5G, LTE, FFTx i loT, nastąpił znaczny wzrost zapotrzebowania na kable optyczne na całym świecie. Chiny, USA i Japonia stanowią około 80% całkowitej produkcji preform kabli optycznych, a jeśli chodzi o konsumpcję, Chiny stanowiły prawie 58% całkowitej preformy włókien optycznych w 2021 roku. Stale rosnące zapotrzebowanie na kable optyczne zwiększy popyt na preformy kabli optycznych, co z kolei będzie napędzać rynek tetrachlorku krzemu w okresie prognozy.

Rosnące wykorzystanie SiCl₄ w Chinach można właśnie przypisać lukratywnemu rozwojowi przemysłu solarnego w tym regionie. Koncentracja na energii słonecznej ma pobudzić popyt na chlorek krzemu w nadchodzących latach. Ponadto, efekt kuli śniegowej przemysłu półprzewodników i rosnący postęp w farbach i powłokach przemysłowych tylko spotęguje ten efekt.

Na cenę tetrachlorku krzemu mają wpływ takie czynniki jak wysoki popyt na smartphony i inne podręczne urządzenia multimedialne, rozwój zaawansowanych urządzeń komunikacyjnych, rosnące zastosowanie światłowodów w przemyśle lotniczym, naftowym i gazowym czy uruchomienie usług 5G. Rozwój i podniesienie rangi tego surowca bez wątpienia zależy od integracji najnowszych technologii produkcyjnych i dynamiki  inwestycji w skali globalnej.

W jakich gałęziach przemysłu znajdziemy tetrachlorosilan?

Chlorek krzemu (IV) znajduje różnorodne zastosowania w wielu branżach. Z powodzeniem można go wykorzystywać do produkcji wielu materiałów na bazie krzemionki o wysokiej wartości dodanej, jak na przykład spieniona krzemionka, światłowody czy krzemian etylu.

Ponadto znajduje zastosowanie w następujących dziedzinach:

• SiCl₄ wytwarzany jako produkt uboczny po obróbce krzemu klasy metalurgicznej stosuje się w procesach mających na celu otrzymanie polikrzemu. Na każdą tonę polikrzemu przypadają 3-4 tony tetrachlorosilanu. Producenci polisilikonu przetwarzają dalej powstałe odpady tetrachlorku krzemu i ponownie wykorzystują je po przetworzeniu. Takie działanie oszczędza koszty energii i surowców, jednak wymaga drogiego zestawu maszyn do przetwarzania odpadów
• duże ilości tetrachlorosilanu produkowanego na świecie, jest przeznaczane do wytwarzania wysokiej jakości krzemionki płomieniowej
• jest prekursorem w procesie produkcji estrów kwasów ortokrzemianowych, w tym między innymi tetraetoksysilanu (TEOS) i tetrametoksysysilanu (TMOS)
• powstały na bazie chlorku krzemu czysty krzem wykorzystuje się do wytwarzania półprzewodników, a także anod krzemowych

Tetrachlorek krzemu stosuje się wyłącznie w wysoce kontrolowanych warunkach laboratoryjnych oraz przemysłowych, gdzie stworzone i przestrzegane powinny być szczegółowe zasady bezpieczeństwa. Wytwarzanie i stosowanie SiCl₄ nie stanowi znaczącego zagrożenia dla ludzi, a także środowiska, jeżeli instrukcje zawarte w karcie charakterystyki, a także obowiązujące wymagania prawne są przestrzegane.

Tetrachlorek krzemu do produkcji światłowodów

Technologie światłowodowe co roku zyskują na popularności. Niewielu z nas bierze pod uwagę to, że Internet, z którego usług tak chętnie korzystamy jest źródłem ogromnych zanieczyszczeń emitowanych do środowiska. Dzięki tak zwanym światłowodom możliwe jest znaczne zwiększenie zasięgu transmisji względem tradycyjnych technik, a ponadto eliminując szereg urządzeń, ograniczamy powstawanie odpadów, oszczędność energii, a także zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych.

Jednym z najważniejszych składników w produkcji włókien optycznych jest tetrachlorek krzemu o wysokiej czystości, zazwyczaj 6N. Ostatnio do swojej oferty wprowadziła go Grupa PCC. Jego jakość ma bardzo duży wpływa na produkt końcowy. Szacuje się, że około 85% włókien optycznych jest produkowanych z importowanego surowca. Oczyszczanie tego związku o chemicznej nazwie SiCl₄ nie jest łatwym zadaniem. Wiele krajów ma opracowane metody pozwalające skutecznie usuwać zanieczyszczenia takie jak jony metaliczne. Ale już te same metody nie są skuteczne jeżeli chcemy pozbyć się zanieczyszczeń wodorowych.

Włókna optyczne składają się głównie z pierwiastka jakim jest krzem, choć często dodawanych jest szereg innych substancji. W przestarzałej metodzie tyglowej, stosowano wysokooczyszczoną, sproszkowaną krzemionkę. Obecnie podstawowym źródłem krzemu jest ciekły czterochlorek krzemu. Osadzany jest metodą z fazy gazowej, w gazowym strumieniu czystego tlenu. Inne związki chemiczne, takie jak czterochlorek germanu (GeCl₄) i tlenochlorek fosforu (POCl₃) mogą być użyte do wytworzenia włókien rdzeniowych i powłok zewnętrznych, lub okładzin, o właściwościach optycznych specyficznych dla danej funkcji.

Produkcja włókien optycznych o unikalnej jakości wymaga prowadzenia każdego etapu produkcji na najwyższym poziomie. Warto zadbać szczególnie o surowce i półprodukty o wysokiej jakości. Dlatego wybierajmy producentów i dystrybutorów, którzy nam ją zapewnią. Kontrola jakości każdego procesu produkcyjnego światłowodów rozpoczyna się właśnie od dostawców związków chemicznych używanych jako surowce do produkcji prętów substratowych, reagentów chemicznych i powłok włókien. Dostawcy specjalistycznych środków chemicznych dostarczają szczegółowe analizy chemiczne składników, które są stale kontrolowane przez skomputeryzowane analizatory podłączone do zbiorników procesowych.

Producent chlorku krzemu (IV) w Grupie PCC

PCC Rokita S.A. to jedna z największych firm chemicznych w Polsce i Europie Środkowo-Wschodniej. Jej działalność obejmuje między innymi produkcje chloroalkaliów, polioli polieterowych, polialkilenoglikoli, a także pochodnych fosforu. PCC Rokita S.A. jako dystrybutor i dostawca także ultraczystego tetrachlorku krzemu, zapewnia produkt o bardzo wysokiej skuteczności działania oraz charakteryzujący się niską emisją CO₂. Ślad węglowy powstający podczas technologii produkcji jest możliwie w jak największym stopniu zminimalizowany, dzięki czemu możliwa jest ochrona środowiska naturalnego.