Was Siliziummetall ist und woher es kommt
Siliziummetall, auch metallurgisches Silizium oder Industriesilizium genannt, ist die elementare Form von Silizium mit dem Symbol Si und der Ordnungszahl 14. Es ist ein harter, spröder, kristalliner Feststoff mit einem bläulich-grauen metallischen Glanz. Chemisch verhält es sich wie ein Metalloid mit vier Valenzelektronen und ist im reinen Zustand ein Halbleiter. Sein Atomgewicht beträgt 28,0855, sein Schmelzpunkt liegt bei etwa 1414 Grad Celsius und sein Siedepunkt bei etwa 3265 Grad Celsius. Im Handel wird es als Stückmaterial mit silbergrauer Bruchfläche angeboten und ist Ausgangspunkt für Ferrosilizium, Aluminium-Siliziumlegierungen, Silikone und die gesamte Photovoltaik- und Elektronikkette.
Die Lieferkette vom Quarz bis zum Ofenhahn
Der Produktionsweg beginnt mit Quarzsand in Form von Quarz oder Quarzit, der abgebaut, zerkleinert, gewaschen und auf eine kontrollierte Größe sortiert wird, bevor er eingefüllt werden kann. Das abgestufte Siliciumdioxid wird dann mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in einem Unterpulverofen reduziert, wo die Reaktion bei Temperaturen deutlich über 1800 Grad Celsius abläuft. Das geschmolzene Silizium wird abgestochen, abgekühlt und gegossen, anschließend zerkleinert und in die vom Kunden benötigten Größen gesiebt. Die Kontrolle der Verunreinigung beginnt im Rohstofflager: Der Eisen-, Aluminium- und Kalziumgehalt der Charge, die Reinheit des Reduktionsmittels und die Stabilität des Ofenbetriebs entscheiden zusammen darüber, welcher Reinheitsgrad erschlossen werden kann.
Rohmaterial: Kieselsäureklumpen und Kohlenstoffreduktionsmittel, beide auf ein schmales Größenband gesiebt, um die Ofendurchlässigkeit zu gewährleisten.
Schmelzen: Unterpulverofen, kontinuierliche Reduktion von Siliziumdioxid zu geschmolzenem Silizium.
Gießen und Zerkleinern: kontrollierte Abkühlung, anschließendes Zerkleinern und Sieben in handelsübliche Größenbänder.
Endbearbeitung: Entstaubung, magnetische Trennung und Verpackung, mit Probenahme für die zertifizierte Analyse.
Handelsübliche Qualitäten und ihre Grenzwerte für Verunreinigungen
Siliziummetall wird nach Sortencode gehandelt, und der Code gibt die Höchstwerte für die Verunreinigung von Eisen, Aluminium und Kalzium in Zehntelprozent in dieser Reihenfolge an. Die Sorte 553 erlaubt daher bis zu 0,5 Prozent Eisen, 0,5 Prozent Aluminium und 0,3 Prozent Kalzium, und eine niedrigere Zahl bedeutet immer ein reineres, teureres Produkt. Die Benennungskonvention und die entsprechenden Grenzwerte sind in GB/T 2881 festgelegt, und Käufer sollten den Standard zusammen mit der Güteklasse angeben, damit die Analyseanforderung eindeutig ist.
| Notencode | Fe % max | Al % max | Ca % max | Typische Verwendung |
|---|---|---|---|---|
| 553 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | Allgemeine metallurgische Verwendung, Desoxidation |
| 441 | 0.4 | 0.4 | 0.1 | Aluminiumlegierungen, Ferrosilicium-Zufuhr |
| 3303 | 0.3 | 0.3 | 0.03 | Silikon- und chemische Anwendungen |
| 2202 | 0.2 | 0.2 | 0.02 | Verwendung hochwertigerer Chemikalien und Legierungen |
| 1101 | 0.1 | 0.1 | 0.01 | Elektronik- und Solarrohstoffe |
Aus der Tabelle ergeben sich zwei praktische Punkte. Erstens kann eine Note nicht allein anhand des Eisengehalts beurteilt werden; Aluminium und Kalzium bewegen sich unabhängig voneinander und dominieren das Verhalten des Materials im Kundenprozess. Zweitens muss die Probenahme die Charge repräsentieren, da Klumpenmaterial heterogen ist und eine von der Oberfläche eines Big Bags entnommene Probe keinen Beweis für die durchschnittliche Analyse liefert.
Physikalische Eigenschaften und Anwendungen in der gesamten Branche
Siliziummetall hat einen hohen Schmelzpunkt, eine gute Stabilität bei erhöhter Temperatur, eine mäßige elektrische Leitfähigkeit und eine für ein metallisch aussehendes Material niedrige Dichte. Mechanisch ist es hart und spröde, mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Es ist in vielen Umgebungen korrosionsbeständig, da sich auf natürliche Weise eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche bildet. Aus diesem Grund eignet es sich auch gut als Legierungselement in Aluminium und als Desoxidationsadditiv in Stahl. Bei der Handhabung und Lagerung bedeutet die gleiche Sprödigkeit, dass das Material Feinteile bilden kann, wenn es wiederholt aus großer Höhe fallen gelassen wird. Daher sollten die Übergabepunkte in einer Anlage kurz gehalten werden.
Aluminiumlegierungen: Siliziumzusätze verbessern die Fließfähigkeit, Festigkeit und Verschleißfestigkeit von Aluminiumgusskomponenten.
Stahlherstellung: Silizium wird zur Desoxidation verwendet und Industriesilizium ist ein Ausgangsmaterial für die Ferrosiliziumproduktion.
Silikone: Siliziummetall ist die Basis für Silikonflüssigkeiten, Dichtstoffe, Klebstoffe, Schmiermittel und viele medizinische und Körperpflegeprodukte.
Photovoltaik: Hochreines Silizium ist das Grundmaterial von Solarzellen.
Elektronik: Silizium in Halbleiterqualität wird in integrierten Schaltkreisen und diskreten Geräten verwendet.
Chemikalien: Silizium wird bei der Herstellung von Chlorsilanen und anderen Zwischenchemikalien verbraucht.
Handhabung, Sicherheit und Marktkontext
Siliziummetall ist kein harmloser Staub. Feine Fraktionen können Atemwegs- und Entflammbarkeitsprobleme darstellen, und geschmolzenes oder heißes Material stellt im Ofenbereich ein Verbrennungsrisiko dar. Zu einem praktikablen Kontrollsatz gehören Staubabsaugung und Belüftung an Brech-, Sieb- und Verpackungsstationen, Atemschutz und Augenschutz für exponierte Bediener, Handschuh- und Kleidungsregeln für heißes Material, Sauberkeit zur Vermeidung von Staubansammlungen und dokumentierte Schulungen für jeden, der mit dem Material umgeht. Die Einhaltung der geltenden arbeitsbedingten Expositions- und Transportvorschriften sollte vor Ort überprüft werden, da die Anforderungen je nach Gerichtsbarkeit und zwischen dem metallurgischen Markt und dem Markt für höhere Reinheitsgrade unterschiedlich sind.
Auf der Marktseite ist China der größte Produzent von Siliziummetall, und der Verbrauch konzentriert sich auf Aluminium, chemische und photovoltaische Anwendungen. Die Nachfrage aus erneuerbaren Energien, Elektrofahrzeugen und der Elektronikkette war in den letzten Jahren die Hauptwachstumsquelle, während das Angebot von der Stromverfügbarkeit und den Produktionskontrollen in den Schmelzregionen abhängt. Für einen Käufer spricht diese Kombination eher für ein vertraglich vereinbartes Volumen mit einer angegebenen Güteklasse, einem angegebenen Größenbereich und einer dokumentierten Analyse als für einen opportunistischen Spotkauf allein.
Häufig gestellte Fragen
F: Was ist der Unterschied zwischen Siliziummetall und Ferrosilizium?
Siliziummetall ist elementares Silizium, während Ferrosilizium eine Eisen-{0}}Siliziumlegierung ist, die aus Quarz mit einer eisenhaltigen Ladung hergestellt wird. Sie erfüllen unterschiedliche Aufgaben und sind sowohl in der Zusammensetzung als auch im Preis unterschiedliche Produkte.
F: Was bedeutet die Notenzahl?
Die drei oder vier Ziffern geben die Verunreinigungshöchstwerte in Zehntelprozent für Eisen, Aluminium und Kalzium der Reihe nach an, so dass die Sorte 553 0,5 Prozent Fe, 0,5 Prozent Al und 0,3 Prozent Ca als Maxima zulässt.
F: Welche Qualität sollte eine Gießerei kaufen?
Die Güteklasse 553 oder 441 deckt die meisten allgemeinen Anwendungen in der Metallurgie und bei Aluminiumlegierungen ab. Eine höhere Qualität ist gerechtfertigt, wenn der Aluminium- oder Kalziumgehalt im Kundenprozess von entscheidender Bedeutung ist.
F: Wie wird das Größenband angegeben?
Durch einen festgelegten Bereich mit einem maximal zulässigen Bußgeldanteil, der schriftlich vereinbart wird. Freie Begriffe wie „klumpig“ oder „körnig“ lassen die Analyse und die Ausbeute offen für Interpretationen.
F: Welche Verpackung wird für Exportpakete verwendet?
1-Tonnen-Big-Bags gehören zur Standardausrüstung. Stahlfässer oder kleinere Säcke sind erhältlich, wenn ein Kundenprozess eine strengere Gerätesteuerung erfordert. Die Verpackung und deren Kosten sind im Vertrag anzugeben.
F: Warum variiert der Preis derselben Sorte zwischen den Anbietern?
Der Grad ist eine Obergrenze, keine feste Chemie. Zwei Chargen können beide 553 erfüllen, unterscheiden sich jedoch im tatsächlichen Verunreinigungsgrad, in der Größenverteilung und im Feinanteilgehalt, und diese Unterschiede verändern den Nutzungswert.