工业硅广交所上市,硅知识早知道

期货服务生 2022-12-14 07:54

经研究,广州期货交易所工业硅期货合约正式挂牌交易时间为2022年12月22日,工业硅期权合约正式挂牌交易时间为2022年12月23日(中国证监会)。硅期已至,今天就让我们来了解一下工业硅吧。


工业硅的基本知识


硅(Silicon),是一种化学元素,化学符号是Si,旧称矽。有无定形硅和晶体硅两种同素异形体,属于元素周期表上第三周期,IVA族的类金属元素。硅是极为常见的一种元素,然而它极少以单质的形式在自然界出现,而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中,它是第二丰富的元素,构成地壳总质量的26.4%,仅次于第一位的氧(49.4%)。硅有明显的非金属特性,可以溶于碱金属氢氧化物溶液中,产生(偏)硅酸盐和氢气。同时硅的化学性质比较稳定,常温下很难与其他物质发生反应;硅晶体中没有明显的自由电子,能导电,但导电率不及金属,且随温度升高而增加,具有半导体性质。


工业上在电弧炉中还原硅石可得到工业硅。工业硅又称准金属硅,是本世纪六十年代中期出现的一个商品名称。金属硅是由硅石和碳质还原剂在矿热炉内冶炼成的产品,主成分硅元素的含量在98%左右(近年来,含Si量99.99%的也列在金属硅内),其余杂质为铁、铝、钙等。因其用途不同而划分为多种规格,按照准金属硅中铁、铝、钙的含量,可把准金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。根据硅元素与其他元素含量不同,又可以分为:准金属硅、硅铁、硅锰、硅铝、硅钙、硅钡、硅铬、镁硅、锗硅、硅钴、锌硅、硅钛铁、镍硅、铜硅等合金品种。


工业硅的生产制备



工业上生产硅是在电弧炉中还原硅石(SiO2含量大于99%)得到粗硅。原料主要有硅石和碳质还原剂。由于对工业硅中铝、钙、铁含量限制严格,对原料的要求也特别严格。硅石一般要求SiO2>99.0%,Al2O3<0.3%,Fe2O3<0.15%,CaO<0.2%,MgO<0.15%;粒度为15~80mm。碳质还原剂一般要求固定碳高,灰分低,化学活性好。通常采用低灰分的石油焦或沥青焦作还原剂。由于这两种焦炭电阻率小,反应能力差,因而必须配用灰分低,电阻率大和反应能力强的木炭(或木块)代替部分石油焦。为使炉料烧结,还应配入部分低灰分烟煤。必须指出,过多或全部用木炭,不但会提高产品成本,而且还会使炉况紊乱,如因料面烧结差而引起刺火塌料、难以形成高温反应区、炉底易开成SiC层、出铁困难等。


工业制硅化学方程式:


2C + SiO2 = 2CO + Si(得到粗硅)


Si + 2Cl2 = SiCl4


2H2 + SiCl4 = Si + 4HCl(得到精硅)


高纯的半导体硅可在1200℃的热硅棒上用氢气还原高纯的三氯氢硅SiHCl3或SiCl4制得。超纯的单晶硅可通过直拉法或区域熔炼法等制备。


实验室里可用镁粉在赤热下还原粉状二氧化硅,用稀酸洗去生成的氧化镁和镁粉,再用氢氟酸洗去未作用的二氧化硅,即得单质硅。这种方法制得的都是不够纯净的无定形硅,为棕黑色粉末。




高纯的半导体硅可在1200℃的热硅棒上用氢气还原高纯的三氯氢硅SiHCl3或SiCl4制得。超纯的单晶硅可通过直拉法或区域熔炼法等制备。




实验室里可用镁粉在赤热下还原粉状二氧化硅,用稀酸洗去生成的氧化镁和镁粉,再用氢氟酸洗去未作用的二氧化硅,即得单质硅。这种方法制得的都是不够纯净的无定形硅,为棕黑色粉末。



工业硅的主要用途


工业硅在国民经济生活中应用非常广泛。工业硅作为硅铝及硅基合金、有机硅、多晶硅的基础原材料,其下游应用已经渗透到国防军工、信息产业、新能源等众多行业中,在国民经济社会发展中具有特殊的地位,是新能源、新材料产业发展不可或缺的重要材料,展现了广阔的应用前景。工业硅下游细分产品主要分为多晶硅、有机硅和合金硅;其中,多晶硅又可以进一步冶炼成单晶硅。下游应用行业主要为电子器件、日化产品、光伏、半导体、汽车制造、房地产等。


(1)多晶硅的应用


工业硅经一系列工艺提纯后生成单晶硅、多晶硅,可供光伏产业及电子工业使用。晶硅电池主要应用于太阳能屋顶电站、商业电站和高土地成本的城市电站,是目前技术最成熟、应用最广泛的太阳能光伏产品,占据世界光伏市场80%以上的份额。高纯的单晶硅是重要的半导体材料,现代化大型集成电路几乎都是用高纯度准金属硅制成的,电子工业中广泛应用的二极管、三极管、晶闸管、场效应管和各种集成电路都是用硅做的原材料。高纯度准金属硅还是生产光纤的主要原料,用纯二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纤维。激光可在玻璃纤维的通路里,发生无数次全反射而向前传输,代替了笨重的电缆。光纤通信容量高,不受电、磁的干扰,不怕窃听,具有高度的保密性,是最新的现代通信手段。可以说准金属硅已成为信息时代的基础支柱产业。


(2)有机硅的应用


化学工业中,工业硅用于生产各类硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅材料。有机硅兼备了无机材料与有机材料的性能,具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质,并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性,广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业中。硅橡胶弹性好,耐高温,用于制作医疗用品、耐高温垫圈等。硅树脂用于生产绝缘漆、高温涂料等。硅油是一种油状物,其粘度受温度的影响很小,用于生产高级润滑剂、上光剂、流体弹簧、介电液体等,还可加工成无色透明的液体,作为高级防水剂喷涂在建筑物表面。随着有机硅数量和品种的持续增长,应用领域不断拓宽,形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系。


(3)合金硅的应用


在合金行业中,工业硅主要是作为非铁基合金的添加剂。硅与其他金属可以制成合金,以此来提升其金属性能。硅制成的合金主要包括:硅铝合金、硅铜合金、硅铁合金、硅锰合金等。其中,硅铝合金为合金硅行业的主要产品。硅铝合金是一种强复合脱氧剂,在炼钢过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率,并可净化钢液,提高钢材质量。中国铝合金产品广泛应用于汽车轻量化、电子消费品、建筑、建材、交运制造等领域。特别是新能源汽车行业对工业硅的需求相当大,高硅铝合金因具有比重小、重量轻、导热性好、热膨胀系数低、体积稳定性及耐磨、耐蚀性好等一系列优点,而广泛用作汽车发动机的缸套、活塞、转子、刹车盘等材料。

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