硅是一种化学元素,英文名称Silicon,化学符号是Si,旧称矽,原子序数14,相对原子质量28.0855,密度2.4g/cm³,熔点1414℃,沸点2355℃,元素周期表上IVA族的类金属元素。硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体,晶体硅为钢灰色,无定形硅为黑色,晶体硅属于原子晶体,硬而有光泽,有半导体性质。硅的化学性质比较活泼,在高温下能与氧气等多种元素化合,不溶于水、硝酸和盐酸,溶于氢氟酸和碱液。硅在自然界中分布极广,一般很少以单质的形式出现,主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在,地壳中约含27.6%,是地壳中仅次于氧的第二丰富元素。主要用来制作高纯半导体、耐高温材料、光导纤维通信材料、有机硅化合物、合金等,被广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、能源、化工、纺织、食品、轻工、医疗、农业等行业。
高纯的单晶硅是重要的半导体材料,可制成二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路(包括人们计算机内的芯片和CPU),还可以做成太阳能光伏电池,将辐射能转变为电能,2012年中国已经超越欧洲、日本成为世界太阳能电池生产第一大国。
硅橡胶依靠其更好的特性已经逐渐被制品行业接受并在部分领域逐渐成为大众橡胶,且随着近几年终端行业的发展,作为有机硅第二大产品的硅油也受到越来越多的关注,在纺织、电子、造纸等领域,硅油已经成为生产高品质产品必不可少的生力军,预计在2015年表观消费量将达到36万吨,增幅将达到44%,硅油在有机硅下游产品中的比例将趋向欧美等发达国家。
硅与其他金属可以制成合金,以此来提升其金属性能。硅制成的合金主要包括:硅铝合金、硅铜合金、硅铁合金、硅锰合金等。
硅铁合金是硅和铁组成的铁合金。硅铁是以焦炭、钢屑、石英(或硅石)为原料,用电炉冶炼制成的铁硅合金。由于硅和氧很容易化合成二氧化硅,所以硅铁常用于炼钢时作脱氧剂,同时由于SiO2生成时放出大量的热,在脱氧的同时,对提高钢水温度也是有利的。在铸铁工业中用作孕育剂和球化剂。在铸铁中加入一定量的硅铁能阻止铁中形成碳化物、促进石墨的析出和球化,因而在球墨铸铁生产中,硅铁是一种重要的孕育剂(帮助析出石墨)和球化剂。同时,硅铁还可作为合金元素加入剂,广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中,硅铁在铁合金生产及化学工业中,常用作还原剂。75#硅铁在皮江法炼镁中常用于金属镁的高温冶炼过程中,将CaO.MgO中的镁置换出来,每生产一吨金属镁就要消耗1.2吨左右的硅铁,对金属镁生产起着很大的作用。另外,磨细或雾化处理过的硅铁粉,在选矿工业中可作为悬浮相。在焊条制造业中可作为焊条的涂料。高硅硅铁在化学工业中可用于制造硅酮等产品。 在以上这些用途中,炼钢工业、铸造工业和铁合金工业是硅铁的最大用户。它们共消耗约90%以上的硅铁。在各种不同牌号的硅铁中,目前应用最广的是75%硅铁。在炼钢工业中,每生产1t钢大约消耗3-5kg75%硅铁。
硅 锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的合金,是一种用途较广、产量较大的铁合金。锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂,又是生产中低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。锰和硅是碳钢中所用的主要合金元素。锰是炼钢过程中最主要的脱氧剂之一,几乎所有的钢种都需要用锰来脱氧。因为用锰来脱氧时所生成的氧产物熔点较低,易于上浮;锰还能增大硅和铝等强脱氧剂的脱氧效果。所有的工业钢都需加入少量的锰作为脱硫剂,使钢能进行热轧、锻造及其它工艺而不致断裂,锰还是各钢种中最重要的合金元素,在合金钢中也会添加15%以上的锰以增加钢的结构强度。硅是生铁和碳钢中仅次于锰的最重要的合金元素。在钢生产中,硅主要用作熔融金属的脱氧剂,或作为合金添加剂使钢增加强度和改善其性能。硅还是一种有效的石磨化介质,它能使铸铁中的碳变成游离的石磨碳。加入标准灰口铸铁和球墨铸铁中的硅可达4%。而大量的锰和硅都是以铁合金的形式添加到钢液中的:锰铁、硅锰和硅铁。