Qué es el silicio metálico y de dónde viene
El silicio metálico, también llamado silicio de grado metalúrgico o silicio industrial, es la forma elemental del silicio con el símbolo Si y número atómico 14. Es un sólido cristalino, duro y quebradizo con un brillo metálico gris azulado-. Químicamente se comporta como un metaloide con cuatro electrones de valencia y es un semiconductor en estado puro. Su peso atómico es 28,0855, su punto de fusión es de unos 1414 grados Celsius y su punto de ebullición es de unos 3265 grados Celsius. Comercialmente se suministra como material en trozos con una superficie de fractura gris plateada-y es el punto de partida para el ferrosilicio, las aleaciones de aluminio-silicio, las siliconas y toda la cadena fotovoltaica y electrónica.
La cadena de suministro desde el cuarzo hasta el grifo del horno
La ruta de producción comienza con la sílice en forma de cuarzo o cuarcita, que se extrae, se tritura, se lava y se clasifica hasta un tamaño controlado antes de poder cargarse. Luego, la sílice clasificada se reduce con un reductor que contiene carbono-en un horno de arco sumergido, donde la reacción se desarrolla a temperaturas muy por encima de los 1800 grados Celsius. El silicio fundido se golpea, se enfría y se moldea, luego se tritura y se tamiza en las bandas de tamaño que requiere el cliente. El control de impurezas comienza en el patio de materias primas: el contenido de hierro, aluminio y calcio de la carga, la limpieza del reductor y la estabilidad del funcionamiento del horno deciden juntos qué grado de pureza se puede aprovechar.
Materia prima: trozos de sílice y reductor de carbón, ambos tamizados en una banda de tamaño estrecho para garantizar la permeabilidad del horno.
Fundición: horno de arco sumergido, reducción continua de sílice a silicio fundido.
Fundición y trituración: enfriamiento controlado, luego trituración y cribado en bandas de apresto comerciales.
Acabado: de-desempolvado, separación magnética y envasado, con muestreo para el análisis certificado.
Grados comerciales y sus límites de impurezas
El silicio metálico se comercializa por código de grado, y el código indica los límites máximos de impurezas de hierro, aluminio y calcio en décimas de porcentaje en ese orden. Por lo tanto, el grado 553 permite hasta un 0,5 por ciento de hierro, un 0,5 por ciento de aluminio y un 0,3 por ciento de calcio, y un número menor siempre significa un producto más puro y más caro. La convención de nomenclatura y los límites correspondientes se establecen en GB/T 2881, y los compradores deben citar el estándar junto con el grado para que el requisito de análisis sea inequívoco.
| código de calificación | Fe % máx. | Al % máx. | Ca % máx. | Uso típico |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | Uso metalúrgico general, desoxidación. |
| 441 | 0.4 | 0.4 | 0.1 | Aleaciones de aluminio, alimentación de ferrosilicio. |
| 3303 | 0.3 | 0.3 | 0.03 | Aplicaciones químicas y de silicona |
| 2202 | 0.2 | 0.2 | 0.02 | Uso de aleaciones y productos químicos de mayor calidad. |
| 1101 | 0.1 | 0.1 | 0.01 | Electrónica y materias primas solares. |
Del cuadro se desprenden dos puntos prácticos. En primer lugar, una calificación no puede juzgarse únicamente por el contenido de hierro; el aluminio y el calcio se mueven de forma independiente y dominan el comportamiento del material en el proceso del cliente. En segundo lugar, el muestreo tiene que representar el lote, porque el material en trozos es heterogéneo y una muestra tomada de la superficie de un big bag no es evidencia del análisis promedio.
Propiedades físicas y aplicaciones en toda la industria
El silicio metálico tiene un alto punto de fusión, buena estabilidad a temperaturas elevadas, conductividad eléctrica moderada y baja densidad para un material-de aspecto metálico. Mecánicamente es duro y quebradizo, con un bajo coeficiente de dilatación térmica. Resiste la corrosión en muchos entornos porque se forma naturalmente una fina capa de óxido en la superficie, razón por la cual también funciona bien como elemento de aleación en aluminio y como aditivo de desoxidación en acero. Para el manejo y almacenamiento, la misma fragilidad significa que el material puede generar finos si se deja caer repetidamente desde una altura, por lo que los puntos de transferencia en una planta deben ser cortos.
Aleaciones de aluminio: las adiciones de silicio mejoran la fluidez, la solidez y la resistencia al desgaste de los componentes de aluminio fundido.
Fabricación de acero: el silicio se utiliza para la desoxidación y el silicio industrial es una materia prima para la producción de ferrosilicio.
Siliconas: el silicio metálico es la base de fluidos de silicona, selladores, adhesivos, lubricantes y muchos productos médicos y de cuidado personal.
Fotovoltaica: el silicio de alta pureza es el material base de las células solares.
Electrónica: el silicio de grado semiconductor- se utiliza en circuitos integrados y dispositivos discretos.
Productos químicos: el silicio se consume en la producción de clorosilanos y otros productos químicos intermedios.
Manejo, Seguridad y Contexto del Mercado
El silicio metálico no es un polvo benigno. Las fracciones finas pueden presentar problemas respiratorios y de inflamabilidad, y el material fundido o caliente presenta un riesgo de quemaduras en el área del horno. Un conjunto de control viable incluye extracción de polvo y ventilación en las estaciones de trituración, cribado y embalaje, protección respiratoria y protección ocular para los operadores expuestos, reglas sobre guantes y ropa en torno al material caliente, limpieza para evitar la acumulación de polvo y capacitación documentada para todos los que manipulan el material. El cumplimiento de las normas aplicables de exposición ocupacional y transporte debe verificarse localmente, porque los requisitos difieren entre jurisdicciones y entre el extremo metalúrgico y el de mayor pureza del mercado.
En cuanto al mercado, China es el mayor productor de silicio metálico y el consumo se concentra en el aluminio, las aplicaciones químicas y fotovoltaicas. La demanda de energías renovables, vehículos eléctricos y la cadena de la electrónica ha sido la principal fuente de crecimiento en los últimos años, mientras que la oferta responde a la disponibilidad de energía y a los controles de producción en las regiones siderúrgicas. Para un comprador, esa combinación aboga por un volumen contratado con una ley establecida, una banda de tamaño establecida y un análisis documentado en lugar de una compra al contado oportunista únicamente.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la diferencia entre silicio metálico y ferrosilicio?
El silicio metálico es silicio elemental, mientras que el ferrosilicio es una aleación de hierro-silicio producida a partir de cuarzo con una carga que contiene hierro-. Cumplen funciones diferentes y son productos diferentes tanto en composición como en precio.
P: ¿Qué significa el número de grado?
Los tres o cuatro dígitos indican los límites de impureza en décimas de porcentaje para hierro, aluminio y calcio en orden, por lo que el grado 553 permite 0,5 por ciento de Fe, 0,5 por ciento de Al y 0,3 por ciento de Ca como máximos.
P: ¿Qué calidad debería comprar una planta de fundición?
El grado 553 o 441 cubre la mayoría de los usos metalúrgicos y de aleaciones de aluminio en general. Se justifica una calidad más alta cuando el contenido de aluminio o calcio es crítico en el proceso del cliente.
P: ¿Cómo se especifica el tamaño de la banda?
Por un rango establecido con una fracción de multa máxima permitida, acordado por escrito. Términos vagos como terrón o granular dejan el análisis y el rendimiento abiertos a interpretación.
P: ¿Qué embalaje se utiliza para los paquetes de exportación?
Los big-bags de una tonelada son estándar, con tambores de acero o bolsas más pequeñas disponibles cuando el proceso del cliente necesita un control unitario más estricto. El embalaje deberá indicarse en el contrato junto con su coste.
P: ¿Por qué el mismo grado varía de precio entre proveedores?
La calificación es un techo, no una química fija. Dos lotes pueden cumplir con 553 y al mismo tiempo diferir en los niveles reales de impurezas, distribución de tamaño y contenido de finos, y esas diferencias cambian el valor en uso.