Applicazioni industriali di materiale siliconico ad elevata purezza

Il silicio, noto anche come silicio metallico, è uno dei materiali strategici di oggi. È un elemento chimico con il simbolo Si e il numero atomico 14. È un solido cristallino duro e fragile con una lucentezza metallica grigio-blu ed è un metalloide e semiconduttore tetravalente.

È un membro del gruppo 14 nella tavola periodica: il carbonio è sopra di esso; e sotto di esso si trovano germanio, stagno e piombo.

I prodotti a base di silicio comprendono una gamma versatile di applicazioni nell'industria manifatturiera. Poiché il silicio è facilmente manipolabile e adattabile, con stabilità alle alte temperature e resistenza all'invecchiamento, il silicio spesso funziona insieme ad altri materiali per isolare, purificare, ammorbidire, aderire, condizionare o proteggere in altro modo un prodotto. I materiali a base di silicio vengono utilizzati anche per migliorare l'aspetto, trasferire energia e facilitare la ricostruzione.

Parliamo dei diversi tipi di stati del silicio e delle loro applicazioni nell'industria.

Silicio di grado metallurgico

Affinché il silicio sia considerato di grado metallurgico, deve presentare un livello di purezza pari almeno al 98%. Il silicio di grado metallurgico è la materia prima primaria utilizzata per produrre silicio di grado solare ed è un trampolino di lancio cruciale nel processo di raffinazione del silicio metallico.

Le industrie dell'acciaio e dell'alluminio sono buoni esempi dell'industria metallurgica.

La produzione di silicio di grado metallurgico si ottiene facendo reagire il silicio altamente puro con legno o carbone in un forno elettrico ad arco. È ampiamente utilizzato nelle industrie metallurgiche, che lavorano con le leghe metalliche. Le industrie dell'acciaio e dell'alluminio sono buoni esempi dell'industria metallurgica.

Prevalentemente, il silicio di grado metallurgico viene utilizzato per la fusione dell'alluminio per sviluppare prodotti in lega di alluminio.

L'uso più abbondante del silicio metallurgico è per l'industria automobilistica, che rappresenta una leggera maggioranza, ovvero il 55%, di tutto il silicio metallurgico utilizzato a livello industriale. L'alluminio è un metallo scelto poiché è durevole, affidabile e leggero. Se combinato con silicio di grado metallurgico, le proprietà positive dell'alluminio vengono ulteriormente migliorate, producendo una lega altamente efficiente.

I veicoli elettrici sono in grado di trarre vantaggio da queste leghe di alluminio altamente efficienti, poiché la loro carrozzeria, i motori, le ruote e le viti possono essere prodotti utilizzando tali materiali.

La domanda in rapida crescita di veicoli elettrici ha avuto un impatto positivo sulla forza di mercato delle industrie correlate, come quella dell’alluminio e del silicio metallico. Man mano che le economie si muovono sempre più verso l’elettrificazione globale, la domanda di tali leghe continuerà ad aumentare a causa della loro comprovata consistenza e durata.

Silicio di grado chimico

Il silicio di grado chimico, rispetto al silicio di grado metallurgico, rappresenta un passo avanti nel processo di raffinazione. La purezza del silicio di grado chimico varia dal 99 al 99,99%. La produzione di silicio metallico di grado chimico inizia con il processo di raffinazione della silice all'interno di roccia di quarzo o sabbia.

Questa è seguita da una riduzione carbotermica della silice che avviene in un forno ad arco per produrre silicio di grado metallurgico. Questo viene poi ulteriormente raffinato attraverso un processo idrometallurgico per produrre silicio di grado chimico.

Gli usi industriali del silicio di grado chimico sono vasti. La maggior parte delle applicazioni del silicio di grado chimico sono incentrate sulla produzione di polimeri siliconici. Questi polimeri includono gomme siliconiche, oli a base di silicone e grassi, sigillanti, lubrificanti e siliconi.

I polimeri sono macromolecole composte da subunità ripetute. La ripetizione delle subunità produce forza e flessibilità significative all’interno della molecola, il che significa che i polimeri hanno usi industriali altamente adattabili. La flessibilità dei polimeri è ulteriormente migliorata perché possono esistere sia in forma naturale che sintetica.

I siliconi sono un esempio di polimero sintetico costituito da silossano, che è un composto chimico derivato dal silicio. Sono spesso utilizzati nell'edilizia, in particolare per sigillanti, adesivi e lubrificanti. Anche i settori sanitario, cosmetico, elettronico, degli imballaggi e fotovoltaico utilizzano prodotti in silicone per vari scopi. I siliconi non sono reattivi con la maggior parte delle sostanze chimiche, consentendone l'uso interno ed esterno nel campo della medicina.