Kumdan silisyumun çıkarılması: ham kuvarsdan saf silisyuma

Kumda şunlar bulunur: silisyum dioksit, ancak saf silisyum değildir. Kumdan silisyumu elde etmek için endüstri, birkaç aşamalı hassas bir işlem kullanır. İlk olarak, kuvars yıkama ve tane boyutu ayıklama yoluyla saflaştırılır. Ardından, bir elektrik ark fırını, 2.000 °C’nin üzerindeki sıcaklıkta SiO₂’yi karbonla indirger. Erimiş silis daha sonra kalıplara dökülerek güneş enerjisi ve elektronik sektörlerinde kullanılabilir bir malzeme elde edilir.

Kumda neden silisyum bulunur?

Le silika kumu silisyum içerir çünkü silikon dioksitten, yani SiO₂'den oluşur. Bu bileşik, bir silikon atomunu iki oksijen atomuyla birleştirir. Kuvars, şu madenlerde en yaygın olarak bulunan mineraldir: kum yatakları, tam da SiO₂'nin bu kristal halidir.

Kökeni jeolojik niteliktedir. Milyonlarca yıl boyunca, granit kayaların aşınmasıyla kuvars bakımından zengin kum taneleri ortaya çıkar. Bu taneler, doğal olarak tortul birikintilerde yoğunlaşır.

Silikon, 27,7 % yer kabuğu. Oksijenden sonra en bol bulunan ikinci elementtir. Ancak doğada hiçbir zaman saf halde bulunmaz. Kumun kalitesi, SiO₂ içeriğine ve demir oksitler gibi safsızlıkların varlığına bağlıdır.

Kumdan silis nasıl çıkarılır?

Kumun yıkanması ve çamurun giderilmesi

Yıkama, [... ]'nin arıtma sürecinin ilk aşaması silisli kum. Tamburlu yıkama makinesi gibi yıkama ekipmanları, tanelere yapışmış kil parçacıklarını çözer.

Ardından, çamur giderme işlemi ile çamur ve askıda bulunan ince kirlilikler uzaklaştırılır. Bu işlem, arıtma tesisinin sonraki aşamaları için homojen bir tane dağılımı sağlar.

Bir sürtünmeli yıkayıcı, inatçı taneler üzerinde bu temizleme işlemini güçlendirir. Sonuç olarak, bu aşamadan sonra SiO₂ içeriği önemli ölçüde artar.

Hidrosiklonlar, yerçekimi ile ayırma parçacıkların yoğunluklarına göre. Cam endüstrisi için kullanılan kumda Fe₂O₃ içeriği 0,02 %'den az olmalıdır — temizlik seviyesi buradan başlar.

Yıkama suyunun geri dönüşümü, sürecin toplam su tüketimini azaltır. Silices Santa Cruz, bu iyi uygulamaları süreç tasarımı aşamasından itibaren ürünlerine entegre etmektedir.

Demir oksitlerinin manyetik ayrıştırılması

Le ıslak plakalı manyetik ayırıcı doğrudan kalan Fe₂O₃’ü hedef alır. Güçlü bir manyetik alan sayesinde ferromanyetik parçacıkları kendine çeker. Manyetik olmayan kuvars ise tutulmadan geçer.

Bu süreçte iki teknoloji öne çıkmaktadır:

• Düşük yoğunluklu ayırıcılar : manyetit gibi güçlü manyetik özelliklere sahip parçacıklara uygundur.
• Şunlar yüksek gradyanlı ayırıcılar (HGMS) : hematit ve zayıf manyetik özellikli demir oksitler üzerinde etkilidir.

Islak yöntem, çok ince parçacıkları işler. Bu nedenle, şu amaçla kullanılan silisli kum için son derece uygundur: cam üretimi. Parçacık boyutu, manyetik ayırma ekipmanının seçimini doğrudan belirler. Ardından, sonraki aşamada yapılan bir XRF kontrolü, oksitlerin etkili bir şekilde azaltıldığını doğrular.

Flotasyon ve asitli liçleme

Manyetik ayırma işleminden sonra flotasyon devreye girer. Bu işlem, manyetik olmayan kirlilikler feldspat ve mika gibi, önceki aşamalarda giderilemeyen maddeler.

Kimyasal reaktifler — toplayıcılar ve köpürtücüler — bu minerallerin yüzeyine yapışır. Hava kabarcıkları, bunları yüzeye doğru, arıtılmış kuvarsın uzağına taşır.

Daha sonra, zor ayrılan kalıntılar için asitli liç işlemi uygulanır. Kum, hidroklorik asit (HCl) veya sülfürik asit (H₂SO₄) ile işlenir. Bu asitler demir ve alüminyum oksitlerini çözer SiO₂’ye zarar vermeden.

Sonuç ölçülebilir: Bu aşamadan sonra SiO₂ içeriği 99 %’yi aşıyor. Şu tür uygulamalar için: güneş pilleri ya da yarı iletkenler söz konusu olduğunda, bu saflık düzeyi vazgeçilmez hale gelir.

Bir arıtma tesisi için hangi ekipmanlar gereklidir?

Tam bir üretim hattı, çeşitli özel makinelerden oluşur. Her bir ekipman, üretim zincirinde belirli bir işlevi yerine getirir.

Bir arıtma tesisinin olmazsa olmaz ekipmanları şunları içerir:

• Çeneli kırıcı : işlenmemiş kuvars bloklarını işlenebilir parçalara ayırır
• Titreşimli ekran : her aşamadan önce parçacıkları boyuta göre sıralar
• Döner kurutucu : yıkamadan sonra kalan nemi giderir
• PLC sistemi : tüm süreci gerçek zamanlı olarak denetler ve otomatikleştirir

Elektrik ark ocağı, termal indirgeme işleminin kalbini oluşturur. SiO₂’yi erimiş metal silisyuma dönüştürmek için yaklaşık 1 500 °C’ye ulaşır.

Son aşamada yapılan bir XRF kontrolü, ürünün bileşimini doğrular. Silice Santa Cruz, her bir ekipmanın verimliliğini en başından itibaren optimize etmek amacıyla SiO₂ içeriği yüksek hammaddeler seçer. üretimin başlaması.

Nihai kullanım amacına göre hangi saflık seviyesi gereklidir?

Metalurjik silikon ve alaşımları

Metallurjik silikon, ila saflıkta %'dir. MG-Si olarak adlandırılan bu kalite, tonaj açısından en yaygın kullanım küresel ölçekte.

Alüminyum-silikon alaşımları, silikon metal üretiminin en büyük kısmını tüketmektedir. 2019 yılında bu sektör, dünya silikon metal üretiminin 32 %’sini tüketmiştir. Dolayısıyla, otomotiv ve havacılık endüstrileri, silindir kafaları, pistonlar ve jantları üretmek için doğrudan bu alana bağımlıdır.

Ferrosilikon da önemli bir pazar oluşturmaktadır. Bu demir-silikon alaşımı, özel çeliklerin mekanik mukavemetini artırır. Bu nedenle silisyum-alüminyum alaşımları ve demir içeren metaller, küresel endüstriyel tüketimde başı çekmektedir. Silices Santa Cruz, bu sektörlerin gereksinimlerine uygun MG-Si kalitesini garanti eden yüksek saflıkta kuvars tedarik etmektedir.

Güneş enerjisi silikonu ve yarı iletkenler

Metallurjik kalite derecesinin ötesinde, iki adet daha yüksek saflık seviyesi bulunmaktadır. Bunlardan ilki, güneş enerjisi sınıfı silikon (SoG-Si) saflığı 99,9999 %'ye ulaşır. Yarı iletken silikon yongalar ise daha da yüksek bir saflık gerektirir: 99,9999999 %.

Bu seviyelere ulaşmak için, metalurjik silisyum 300 °C civarında triklorosilan (SiHCl₃) haline dönüşür. Bu bileşik daha sonra fraksiyonlu damıtmaya tabi tutulur ve ardından 1 000 °C civarında hidrojenle indirgenir. Bu, Siemens yöntemi, küresel endüstride lider konumda.

Kristalleşme, arıtma sürecini tamamlar. Czochralski yöntemi, erimiş silisyum banyosundan yaklaşık 1 mm/dk hızında tek kristalli bir külçe çıkarır. Başlangıçtaki kuvarsın kalitesi, tüm bu aşamaların verimliliğini doğrudan belirler — bu nedenle Santa Cruz Silika SiO₂ içeriği çok yüksek olan hammaddeleri seçer.

Cezayir'de silisli kumun fiyatı nedir?

Dünya pazarında, silisli kumun fiyatı, ocaktan çıkışta 25 €/t'yi geçmez. Bu fiyat, malzemenin nakliyesinin az olması nedeniyle düşük kalmaktadır.

Saflık, nihai fiyatı tamamen değiştirir. Mineral dolgu maddesi olarak kullanılan kum, döküm kumundan dört ila beş kat daha pahalıdır.

Yan ürünlerin fiyatları çok daha yüksek seviyelere ulaşıyor. Metal silikon 850 ile 1 200 €/t arasında işlem görürken, silikon karbürün fiyatı ise 1 300 ile 1 700 €/t arasındadır.

Cezayir’de 14 taş ocağı aktif olarak silisli kum çıkarıyor. Ülkenin batısındaki, rüzgârla taşınan birikintilerle ilişkili yataklar, bir yüksek kaliteli hammadde. Tanecik boyutu ve SiO₂ içeriği, üretici ile alıcı arasında müzakere edilen fiyatı doğrudan belirler.

Cezayir kumunun silikon endüstrisi için sunduğu potansiyel

Cezayir’de önemli jeolojik rezervler. Ülkenin kuzeyinde, SiO₂ içeriği 'nin üzerinde olan 150 Mt'tan fazla silisli kayaç bulunmaktadır.

2015 yılında, Cezayirli ve Japon araştırmacılar, Mascara vilayetindeki Sig'de bir maden yatağı tespit ettiler. Bu sahada, özellikle fotovoltaik panellerin üretiminde kullanılmak üzere 6 milyon ton ham silisyum bulunmaktadır.

Oran Üniversitesi bir adım daha attı. Üniversitenin ekibi bir yenilikçi bir ekstraksiyon yöntemi Sahra kumu ve diyatomdan elde edilen bu teknoloji, geleneksel Siemens teknolojisine göre daha ucuzdur.

Bu nedenle, Cezayir’in bu alandaki potansiyeli artık teorik aşamayı aşmıştır. Büyük ölçekli endüstriyel uygulanabilirliği doğrulamak için laboratuvar analizleri ve pilot projeler hâlâ gereklidir.