เราคุ้นเคยกับซิลิโคน อลูมิเนียมอัลลอยด์ และแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นอย่างดี แต่คุณรู้หรือไม่ว่าทั้งหมดนี้มีโลหะซิลิกอน? โลหะซิลิกอนคืออะไร? มีการผลิตอย่างไร? การใช้งานคืออะไร? เราจะตอบคำถามเหล่านี้ในบทความของเรา
PCC Group ได้สร้างโรงงานที่ทันสมัยและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากที่สุดแห่งหนึ่งในโลกในประเทศไอซ์แลนด์ ซึ่งผลิตโลหะซิลิกอน เปิดให้บริการในปี 2018 และในปี 2019 ได้เริ่มดำเนินการผลิตตามปกติ โลหะ ซิลิกอนใช้เป็นส่วนประกอบของโลหะผสมอลูมิเนียมหรือวัสดุสำหรับการผลิตซิลิโคนและไซลอกเซนในอุตสาหกรรมเคมี นอกจากนี้ยังเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์
กระบวนการทางเทคโนโลยี
โรงงานในบักกิผลิตโลหะซิลิกอนที่มีปริมาณซิลิกอนบริสุทธิ์สูงมาก (Si ≥ 98.5%) วัตถุดิบสำหรับการผลิตนี้ ได้แก่ ควอตซ์ (แร่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่ทำจากซิลิกอนไดออกไซด์ SiO2) ตลอดจนถ่านหินและไม้ โลหะซิลิคอนถูกผลิตขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 2000C ในเตาอาร์คไฟฟ้าใต้น้ำ Quartzite ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลัก ส่วนใหญ่มาจากเหมืองในโปแลนด์ที่ PCC Silicium SA เป็นเจ้าของ ซึ่งตั้งอยู่ในเมือง Zagórze ใกล้ Kielce โรงงานในไอซ์แลนด์มีอุปกรณ์กรองพิเศษที่กำจัดฝุ่นออกจากอากาศที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตเกือบทั้งหมด ในระหว่างกระบวนการ จะเกิดผลิตภัณฑ์เพิ่มเติมอีก 2 รายการ ได้แก่ MicroSilica และ silica slag ซึ่งจำหน่ายเช่นกัน ในระหว่างกระบวนการ ควอตซ์ส่วนใหญ่ (SiO 2) จะลดลงโดยคาร์บอน (C) เป็นซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งเป็นตัวรีดิวซ์สำหรับส่วนที่เหลือของควอตซ์ที่ไม่ทำปฏิกิริยาในอิเล็กโทรดอาร์ค ปฏิกิริยาเคมีมีดังนี้ SiO₂ + 2C = Si + 2CO SiO₂ + 3C = SiC + 2CO (ในส่วนล่างของเตาหลอม) ปฏิกิริยาสุดท้ายเกิดขึ้นเหนือจุดศูนย์กลางของเตาหลอมที่อุณหภูมิสูงกว่า 1835oC อาร์คไฟฟ้าระหว่างปลายอิเล็กโทรดและจุดศูนย์กลางของเตาหลอมจะรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 2000oC ขั้นตอนสุดท้ายของปฏิกิริยาเคมีสามารถอธิบายได้ดังนี้: 2SiO₂ + 3SiC = 4Si + SiO +3CO SiO + SiC = 2Si + CO ระหว่างปฏิกิริยาสุดท้ายนี้จะเกิดซิลิกอนบริสุทธิ์ซึ่งถูกนำออกจากเตาหลอมในรูปของซิลิกอน โลหะ.
รูปที่ 1 แผนภาพแบบง่ายของการผลิตโลหะซิลิกอน
http://www.pcc.is/the-plant-technology/
ผลพลอยได้
หนึ่งในผลิตภัณฑ์คือ MicroSilica ซึ่งแยกจากก๊าซไอเสียในตัวกรองถุงพิเศษ วัตถุดิบส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นโลหะซิลิกอน ซึ่งส่งผลให้เกิดผลพลอยได้ที่เป็นของแข็งจากกระบวนการผลิตเพียงเล็กน้อย ส่วนเล็ก ๆ ของวัตถุดิบจะถูกแปรรูปเป็นตะกรัน ก๊าซไอเสียทั้งหมดที่ผลิตขึ้นระหว่างการผลิตต้องผ่านการบำบัดและการทำให้บริสุทธิ์ต่อไป
แอปพลิเคชัน
โลหะซิลิกอนตามที่กล่าวไว้ข้างต้นเป็นส่วนประกอบของโลหะผสมอลูมิเนียมและถูกใช้โดยอุตสาหกรรมเคมีเพื่อผลิตซิลิโคน นอกจากนี้ยังเป็นที่นิยมในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และภาคพลังงานแสงอาทิตย์ (แผงโซลาร์เซลล์ ชิปซิลิกอน เซมิคอนดักเตอร์) ช่วยเพิ่มคุณสมบัติของอะลูมิเนียม เช่น ความแข็งแรง ความแข็ง หรือความลื่นไหล การเพิ่มโลหะซิลิกอนทำให้อลูมิเนียมอัลลอยด์มีความแข็งแรงและน้ำหนักเบา โลหะซิลิคอนยังมีประโยชน์ในอุตสาหกรรมยานยนต์แทนชิ้นส่วนที่หนักกว่าที่ทำจากเหล็กหล่อ ล้ออัลลอยและบล็อกเครื่องยนต์เป็นชิ้นส่วนยานยนต์ ซึ่งมักผลิตขึ้นจากการหล่ออะลูมิเนียมที่เติมซิลิกอน โลหะซิลิกอนเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับหลายอุตสาหกรรม ถ้าไม่มีซิลิกอน เราจะไม่สามารถใช้คอมพิวเตอร์ แผงโซลาร์เซลล์ และผลิตภัณฑ์ก่อสร้างจำนวนมากได้ โรงงาน PCC แห่งใหม่ซึ่งผลิตโลหะซิลิกอนใช้พลังงานสีเขียวจากแหล่งความร้อนใต้พิภพที่ไอซ์แลนด์มีชื่อเสียงเท่านั้น ทำให้เราสามารถนำเสนอโลหะซิลิกอนคุณภาพสูงสุด ซึ่งผลิตด้วยการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ต่ำกว่าถึงสามเท่าเมื่อเทียบกับโรงงานอื่นๆ
- Silicon, [w:] PubChem [online], United States National Library of Medicine
- N.N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the elements. Wyd. 2. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 328–367 (rozdział 9 Silicon)
- "Silicon". Encyclopedia Britannica. Retrieved 22 August 2019
