السيليكون هو عنصر من العناصر التي تشكل القشرة الأرضية والأكثر وفرة، ويدخل في تكوين الرمال والصخور والماء والغلاف الجوي، ويوجد أيضا في النباتات والحيوانات.
عنصر السيليكون
يوجد السيليكون في الجدول الدوري بجانب الجرمانيوم والقصدير والرصاص، ويُعد العنصر الرابع عشر في الجدول الدوري، ويوجد عنصر السيليكون الخام أو النقي بشكل بلوري صلب.
يأخذ اللون الرمادي الغامق وينصهر عنصر السيليكون عند درجة حرارة تبلغ 2570 درجة فهرنهايت أو ما يعادل 1410 درجة مئوية، وكذلك درجة غليانه تعادل 4271 درجة فهرنهايت أو ما يعادل 2355 درجة مئوية، وتبلغ كثافته 2.33 جم/سم³.
عند تسخين السيليكون مع الهالوجينات مثل الكلور واليود والفلور والبروم، يتكون الهاليدات، ويتم تشكيل السيليسيوم عند تسخينه مع بعض المعادن الأخرى، أما عند تسخين السيليكون مع الكربون في فرن كهربائي، ينتج السيراميك أو ما يسمى علميا السيليكون كاربايد.
يتأثر السيليكون بعنصر الهيدروفلوريك، وهو العنصر الوحيد الذي يؤثر عليه، ويتشكل ثاني أكسيد السيليكون عندما يتعرض لبخار الماء أو الأكسجين، ويتميز بكونه مادة سيراميكية مقاومة للتآكل باستخدام الكربيد السيليكون.
يُستخدم السيليكون أيضًا كمادةٍ مشابهةٍ للموصلات في مختلف التطبيقات المختلفة، ويتم تنقيته وتخديره مع عناصر الزرنيخ والورون والفوسفور.
إستخدام السيليكون في الصناعات المختلفة
يستخدم السيليكون النقي كعامل مختزل في صناعة سبائك البرونز والألومنيوم والنحاس والصلب، ويساعد السيليكون على زيادة قوة وصلابة الألومنيوم.
يستخدم السيليكون في صناعة الألومنيوم بكميات صغيرة، كما يستخدم في صناعة الطوب والخرسانة والزجاج، ويستخدم السيليكون المعدني في صناعة الزيوت الصناعية والكوليكس ومكافحات الرغوة والسيليرس.
يُستخدم المعدن السيليكون في صناعة المواد الخام
– يتم تصنيع السيليكون المعدن من تفاعل ثاني أكسيد السيليكون، أو المعروف بالسيليكا مع المواد الكربونية مثل فحم الكوك والفحم ورقائق الخشب.
يتم استخراج العنصر عادة على شكل حصى معدني يحتوي على السيليكا بنسبة 99.5٪ أو ثاني أكسيد السيليكون بنسبة 1.3 أو 1.6، ويعد هذا الحصى مصدرًا رئيسيًا للاستخدام في العديد من الصناعات.
يتم استخدام الفحم منخفض الرماد الذي يحتوي على 60% من الكربون لتقليل الشوائب في المعادن مثل النحاس والألومنيوم والكالسيوم والحديد، كما يتم تشكيل رقائق الخشب بحجم 1/2 * 1/8 بوصة أو بحجم 1*3 سم.
تصنيع السيليكون المعدن
بتم صناعة السيليكون على عدة مراحل متتالية وهي:
أولًا : التسخين
تبدأ العملية الأساسية في صناعة السيليكون بتسخين السيليكون في الأفران المغمورة أو أفران القوس الكهربائي مع الفحم الكوك، حيث يتم التسخين في درجات حرارة مرتفعة.
تُستخدم درجات الحرارة العالية لإنتاج رد فعل يتم فيها إزالة الأكسجين من خلال عملية التخفيض، ويترك السيليكون. وعادة ما يتم تشكيل كربيد المعادن في درجات حرارة منخفضة.
تتضمن عملية تشكيل السيليكون بهذه الطريقة إجراء عمليات تكرير للسيليكون بعد ذلك لإزالة الشوائب وتحسين نقاوته.
ثانيًا : عملية التخفيض
يتم وضع المواد الخام في الفرن بعد وزنها، بدءًا من دفعة نموذجية تحتوي على 1000 رطل من الحصى والرقائق (حوالي 453 كغم) و550 رطل من الفحم (حوالي 250 كغم).
بعد ذلك يتم وضع غطاء الفرن، الذي يحتوي على الأقطاب الكهربائية، ومن ثم يتم تمرير التيار الكهربائي في الأقطاب لتكوين قوس، وهذا القوس يولد حرارة تصل إلى 2350 درجة مئوية أو 4000 درجة فهرنهايت. بعد ذلك يتم ذوبان الماء وتفاعل الكربون مع الرمل لتكوين السيليكون وأول أكسيد الكربون. يستغرق هذه العملية ما بين 6 إلى 8 ساعات.
عندما يكون المعدن في حالة الانصهار، يتمعاملته مع الهواء والأكسجين لتقليل كمية الشوائب والألومنيوم والكالسيوم، حيث يحتوي السيليكون على كميات قليلة من هذه العناصر.
ثالثًا : التعبئة و التعبئة
بعد التخفيض، يتم سكب المواد المؤكسدة في صواني من الحديد الزهر ليتم تبريدها، وبعد التبريد يتم إخراج المعدن من القالب وتخزينه، ثم يتم تعبئة السيليكون في صناديق خشبية كبيرة أو أكياس كبيرة يزن كل منها حوالي 3000 رطل أو ما يعادل 1361 كيلو جرام.
مخلفات صناعة السيليكون
يتم بيع مخلفات صناعة السيليكون كمنتج ثانوي، مثل الدخان السيليكا الذي يستخدم في صناعة المواد المقاومة للحرارة، كالأسمنت لتحسين قوته، أو في صناعة العزل الحراري أو حشوات المطاط.