硅是重要的石化替代材料、能源材料和電子材料。硅的地殼豐度為27%,僅次于氧(46%),大約是碳的1000倍,資源極其豐富,開(kāi)發(fā)潛力巨大。大規模、低成本利用硅資源以生產(chǎn)人類(lèi)社會(huì )需要的能源及材料,并以此應對化石原料危機帶來(lái)的威脅,減少碳排放及溫室效應,是人類(lèi)社會(huì )通向未來(lái)的一條必經(jīng)之路。長(cháng)期以來(lái),硅材料的開(kāi)發(fā)利用都是工業(yè)界和全社會(huì )關(guān)注的焦點(diǎn)。硅是如何從最初的形態(tài)轉化成不同類(lèi)型的下游產(chǎn)品,以下一張圖來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
金屬硅
金屬硅又稱(chēng)工業(yè)硅或結晶硅,通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。其主要用途是作為非鐵基合金的添加劑和生產(chǎn)半導體硅、有機硅的起始原料。2013年中國金屬硅產(chǎn)量同比增加26.1%至148.8萬(wàn)噸,國內平均開(kāi)工率為39.2%。國內主要的金屬硅企業(yè)如合盛硅業(yè)、湖北三新硅業(yè)、四子王旗佳輝硅業(yè)、云南永昌硅業(yè)、天富硅業(yè)、晶鑫硅業(yè)等。由于金屬硅生產(chǎn)需要消耗大量的能源,能源成本占總成本的50%以上。因此,中國金屬硅企業(yè)在水電資源豐富的西南地區,或低價(jià)電力資源的西北和東北地區分布較為集中。
高純石英
石英玻璃為單一氧化物二氧化硅構成的玻璃,二氧化硅中Si-O鍵堅固、共價(jià)鍵和離子鍵大約各占一半,是一種典型的網(wǎng)絡(luò )形成氧化物。石英玻璃具有優(yōu)越的物理、化學(xué)性能:純度高、機械強度高、化學(xué)穩定性好、光譜透過(guò)寬、抗熱沖擊、耐高溫變形、耐射線(xiàn)輻照和電絕緣等。我國石英玻璃行業(yè)集中度較低,有一定規模的主要分布在華北(北京、廊坊)、華東(上海、江蘇、浙江)、東北(遼寧)、華中(湖北)等地,并以民營(yíng)企業(yè)為主。主要企業(yè)有中國建筑材料科學(xué)研究總院、北京金格蘭石英玻璃有限公司,久智光電材料科技有限公司、北京凱德石英塑料制品有限公司、上海強華石英有限公司、湖北菲利華石英玻璃股份有限公司等。
多(單)晶硅

多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài),在電子工業(yè)中用于制造半導體收音機、錄音機、彩電、錄像機、電子計算機等的基礎材料。在新能源行業(yè),多晶硅是生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的重要原料,一般的純度在6-9N。中國是全球最大的多晶硅生產(chǎn)國,2013總產(chǎn)能達21.365萬(wàn)噸/年,產(chǎn)量8.22萬(wàn)噸。主要的企業(yè)有江蘇中能硅業(yè)發(fā)展有限公司、江西賽維LDK、特變電工新疆新能源股份有限公司、洛陽(yáng)中硅高科技有限公司等等。

單晶硅是指硅的單晶體,是高純度的多晶硅在單晶爐內拉制而成。具有基本完整的點(diǎn)陣結構的晶體。不同的方向具有不同的性質(zhì),是一種良好的半導材料。一般純度要求在9-12N。用于制造半導體器件、太陽(yáng)能電池等。
硅微粉

硅微粉是二氧化硅的一種無(wú)定型(非結晶)多晶形物。一般來(lái)講,每生產(chǎn)1噸金屬硅可副產(chǎn)0.3-0.5噸硅微粉。硅微粉有時(shí)會(huì )與氣相白炭黑混淆。硅微粉平均粒徑150納米,比水泥顆粒小100倍,比表面積為15~30平方米/克,而氣相白炭黑的原生顆粒粒徑只有約5~7納米,比表面積則高達150~300平方米/克。硅微粉主要應用領(lǐng)域是作為高性能混凝土的增強填料,特別是提高其綜合強度、粘結強度和耐磨性。添加硅微粉后還能降低氯離子對混凝土的滲透性,防止混凝土中的鋼筋被腐蝕。此外,硅微粉也大量的應用于陶瓷和耐火材料等領(lǐng)域。
硅溶膠

硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。由于硅溶膠中的SiO2含有大量的水及羥基,故硅溶膠也可以表述為SiO2.nH2O??捎米鞲鞣N耐火材料粘結劑,涂料工業(yè),能薄殼精密鑄造、催化劑制造及催化劑載體、玻璃紙防粘劑、照相用紙前處理劑、水泥袋防滑劑、顯像管分散劑、地板蠟抗滑等等。
單硅烷
單硅烷是一種無(wú)色氣體,別名四氫化硅、甲硅烷,該氣體與空氣接觸可發(fā)生自燃并釋放很濃的白色無(wú)定型的二氧化硅煙霧。單硅烷按純度可分為工業(yè)級和電子級,電子級主要應用于集成電路、平面電視、太陽(yáng)能電池等行業(yè);工業(yè)級的主要用途是作為氯單硅烷類(lèi)及烷基氯單硅烷類(lèi)的骨架結構、成為多晶硅、氧化硅、氮化硅等的原料。2013年硅烷行業(yè)整體開(kāi)工情況很差,多數企業(yè)處于間歇式開(kāi)工狀態(tài),平均開(kāi)工率在13.8%,單硅烷產(chǎn)量約950噸。主要企業(yè)有保定天威英利新能源有限公司(六九硅業(yè)有限公司)、浙江中寧硅業(yè)有限公司、天津泰亨集團、浙江中福硅能有限公司等。
硅樹(shù)脂

硅樹(shù)脂是具有高度交聯(lián)網(wǎng)狀結構的聚有機硅氧烷,兼具有機樹(shù)脂及無(wú)機材料的雙重特性,具有獨特的物理化學(xué)性能。有機硅樹(shù)脂主要作為絕緣漆(包括清漆、瓷漆、色漆、浸漬漆等)浸漬H級電機及變壓器線(xiàn)圈, 以及用來(lái)浸漬玻璃布、玻布絲及石棉布后制成電機套管、電器絕緣繞組等。此外,硅樹(shù)脂還可用作耐熱、耐候的防腐涂料,金屬保護涂料,建筑工程防水防潮涂料,脫模劑,粘合劑以及二次加工成有機硅塑料,用于電子、電氣和國防工業(yè)上,作為半導體封裝材料和電子、電硅樹(shù)脂按其主要用途和交聯(lián)方式大致可分為有機硅絕緣漆、有機硅涂料、有機硅塑料和有機硅粘合劑等幾大類(lèi)。硅樹(shù)脂加工添加劑具有獨特的靈活性及兼容性,已成為紙漿、生活用紙生產(chǎn)的關(guān)鍵成分。
硅橡膠

硅橡膠是一種由氧和硅交聯(lián)成的聚合物制成的獨特的合成彈性體。它完美地平衡了機械性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),因而能滿(mǎn)足今天許多苛刻的應用場(chǎng)合要求。硅橡膠是有機硅產(chǎn)品中產(chǎn)量最大、應用最為廣泛的一大類(lèi)產(chǎn)品。根據硫化機理,硅橡膠可分成高溫硫化硅橡膠(HTV);室溫硫化硅橡膠(RTV)和加成型液體硅橡膠(LSR)。
高溫硅橡膠,別名混煉硅橡膠、固體硅橡膠。是硅橡膠中發(fā)展最為成熟的產(chǎn)品之一,因其具有良好的耐高低溫、耐候、憎水、抗電弧、電氣絕緣性、生理惰性等特點(diǎn),在國防工業(yè)、醫療衛生、工農業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活中得到廣泛應用。
中國高溫硅橡膠的發(fā)展已經(jīng)較為成熟,2013年產(chǎn)能已達到54.9萬(wàn)噸/年,產(chǎn)量達32.9萬(wàn)噸。而液體硅橡膠即加成型雙組份液體硅橡膠(LSR)剛剛起步,2013年產(chǎn)能達3.67萬(wàn)噸/年,同比增加56.2%;產(chǎn)量約1.77萬(wàn)噸,同比增長(cháng)17.2%。該產(chǎn)品發(fā)展速度要高于高溫膠,某些場(chǎng)合還出現了替代高溫膠應用的現象。目前國內主要的高溫硅橡膠企業(yè)有新安化工、東爵、宏達、藍星、合盛等。而液體硅橡膠企業(yè)有深圳森日、廣東聚合、新安化工、東莞新東方等。
室溫硫化硅橡膠一般分子量較低(3萬(wàn)~6萬(wàn))。室溫硫化硅橡膠在分子鏈的兩端(有時(shí)中間也有)各帶有一個(gè)或兩個(gè)官能團,在一定條件下(空氣中的水分或適當的催化劑),這些官能團可發(fā)生反應,從而形成高分子量的交聯(lián)結構。主要生產(chǎn)企業(yè)有廣東白云、成都硅寶、廣州新展、杭州之江、鄭州中原等。
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