Processo de fabricação de silício metálico

Silício metálicoé produzido em larga escala por meio da redução da sílica, composto químico presente na areia, com carbono em forno elétrico a arco. O processo envolve várias etapas, incluindo a preparação de matérias-primas, a redução da sílica e o refino do silício metálico.

Primeiramente, antes de reduzir a sílica, matérias-primas como carvão, lascas de madeira e sílica são misturadas e completamente secas para remover qualquer umidade. Em seguida, os materiais são colocados em um forno elétrico a arco e aquecidos a uma temperatura de cerca de 2.000 graus. O calor é gerado por um arco elétrico produzido entre dois eletrodos de grafite colocados na parte superior do forno.

Em segundo lugar, uma vez aquecido o forno até à temperatura desejada, adiciona-se à mistura coque em pó ou antracite. O coque atua como agente redutor, que remove o oxigênio da sílica para formar dióxido de silício e monóxido de carbono. O dióxido de silício então reage com o carbono restante no forno para produzir silício metálico.

Por último, o silício metálico produzido no forno elétrico a arco passa por um refino adicional para remover impurezas como enxofre, fósforo e outros metais. Em seguida, é transformado em lingotes para processamento posterior ou vendido como matéria-prima para outras indústrias.

No geral, o processo de fabricação de silício metálico é um processo-que consome muita energia e requer controle cuidadoso da temperatura do forno e a adição de agentes redutores para produzir silício metálico de alta-qualidade. O produto final é um metalóide brilhante, cinza e quebradiço, amplamente utilizado nas indústrias eletrônica e solar.

Oprocesso de fabricação de silício metálicoenvolve a redução de sílica (SiO₂) com carbono em um forno de arco submerso (SAF) em altas temperaturas. Aqui está uma análise passo a passo-a-:

1. Preparação de Matérias-Primas

Sílica (SiO₂): Quartzo de alta-pureza (maior ou igual a 99% SiO₂) é usado.

Redutores de Carbono: Coque de petróleo, carvão, carvão vegetal ou lascas de madeira.

Aditivos Opcionais: Lascas de aço (para auxiliar na formação de escória).

2. Esmagamento e mistura

O quartzo é triturado em pequenos pedaços (20-80 mm).

Os materiais de carbono são moídos e misturados com quartzo em proporções precisas (~3:1 SiO₂:C).

3. Fundição em Forno de Arco Submerso (SAF)

A mistura é alimentada em um forno elétrico a arco (tipo -de resistência, 1.600–2.000 graus).

Eletrodos (grafite ou Söderberg) fornecem energia (~10-35 MVA).

Principais reações:

SiO2+2C→Si+2CO(reação principal)

SiO2+C→SiO+CO(Intermediário)

SiO+C→Si+CO(Secundário)

As impurezas (Fe, Al, Ca) formam escória (removidas periodicamente).

4. Toque e refinamento

O silício fundido (~99% de pureza) é extraído do forno.

Refinamento (opcional):

Tratamento de escória(remove óxidos).

Purga de gás(O₂/Cl₂ para reduzir Al, Ca).

Refino de panela(para séries superiores).

5. Fundição e britagem

O silício é colocado em moldes, resfriado e solidificado.

Os lingotes são triturados, dimensionados e embalados.

6. Classificação por Pureza

Silício-de grau metalúrgico (MG-Si): 98–99,5% Si (usado em ligas de alumínio, silicones).

Notas mais altas: Refinado ainda mais para uso solar (SoG-Si) ou semicondutores.

Principais desafios

Alto consumo de energia(~10–14 MWh/ton Si).

Controle de emissões(CO, gás SiO, poeira).

Gestão de impurezas(Fe, Al, Ca, B, P).

Considerações Ambientais

Emissões de CO₂: De redutores de carbono (~5–6 toneladas de CO₂/ton Si).

Escória residual: Pode ser reciclado na construção.

Tratamento de gás: Os filtros capturam poeira de SiO₂.

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