El polvo de silicio esférico es un material fundamental en diversas industrias, apreciado por sus propiedades y aplicaciones únicas. Su producción implica múltiples técnicas categorizadas en métodos físicos y métodos químicos, dependiendo de si se produce una transformación química durante el proceso.
¿Cuáles son los métodos para producir polvo de silicio esférico?
1. Métodos físicos:
Estos métodos no involucran reacciones químicas e incluyen técnicas tales como: molienda mecánica de bolas, pulverización, esferoidización a llama, tratamiento de plasma, esferoidización por calcinación a alta temperatura.
2. Métodos químicos:
Estos implican transformaciones químicas e incluyen: método de fase gaseosa, método de precipitación, síntesis hidrotermal, proceso sol-gel y método de microemulsión.
Esta guía explora 14 métodos de preparación que garantizan la precisión para lograr la forma esférica deseada.
Proceso de producción de micropolvos de silicio esféricos
01 Método de molienda mecánica
La molienda mecánica utiliza equipos de trituración profesionales y equipos de cribado auxiliares para producir polvos ultrafinos. Según el estado del material, se divide en molienda seca y molienda húmeda. La molienda húmeda utiliza agua como medio portador y las partículas se muelen mediante agitación y molienda para producir productos ultrafinos con buena dispersión y tamaño de partícula uniforme.
02 Método de pulverización
El secado por aspersión es un método de obtención de muestras mediante el secado rápido de materias primas líquidas a través de un secador por aspersión. Las materias primas líquidas pasan a través de un atomizador para formar gotitas extremadamente finas. Las gotitas entran en contacto con aire caliente, la humedad interna migra hacia afuera, las partículas de materia prima se aglomeran y se obtiene el producto deseado después del secado.
03 Método de esferoidización por llama
Cuando el polvo se calienta a alta temperatura (1600-2000 ℃), los bordes y las esquinas de la superficie del polvo se derriten gradualmente y se forma una esfera bajo la acción de la tensión superficial. El polvo de cuarzo común se utiliza como materia prima y el micropolvo de silicio esférico se prepara mediante el método de llama de oxígeno-acetileno, lo que puede garantizar que su superficie sea lisa y la tasa de esferoidización alcance 95%.
04 Método de fusión por llama
Utilizando micropolvo de silicio angular como materia prima, se tritura, se tamiza, se purifica y se realizan otros pretratamientos. El micropolvo de silicio angular se tritura mediante una trituradora de flujo de aire y, después de un pretratamiento de varias etapas, se tamiza hasta obtener un tamaño de partícula adecuado. Se utilizan acetileno, gas natural y otros gases como fuente de calor para fundir el polvo, y la llama es limpia y libre de contaminación. El micropolvo de silicio angular de tamaño de partícula adecuado se funde a alta temperatura instantáneamente mediante el método de fusión por llama a alta temperatura y se enfría rápidamente para esferoidizar. Se obtiene un micropolvo de silicio esférico de alta pureza y tamaño de partícula uniforme.
05 Método de plasma
El método de plasma utiliza la zona de alta temperatura generada por el plasma de arco momento en el que el polvo de dióxido de silicio o el polvo de cuarzo se funden en gotitas, que se esferoidizan bajo la acción de la tensión superficial y se enfrían para formar partículas esféricas de dióxido de silicio.
06 Método de esferoidización por calcinación a alta temperatura
El método de esferoidización por calcinación a alta temperatura se refiere al envejecimiento del polvo de mineral de cuarzo natural seleccionado en bruto en condiciones alcalinas y luego filtrado. Deshidratar y secar el material del filtro, agregar un aglutinante para obtener una muestra en bloque y calcinarlo en un horno de alta temperatura, enfriarlo y luego dispersarlo, mediante esferoidización por molienda, separación magnética y clasificación por separación de aire. Finalmente, se obtienen polvos esféricos de silicio ultrafinos de alta pureza. El producto obtenido por este método tiene una alta tasa de esferoidización, buena blancura, alta pureza, buena fluidez y dispersabilidad. Sin embargo, todavía está en la etapa de laboratorio.
07 Método de combustión directa
Dado que el silicio esférico fundido a la llama es una esferoidización de polvo mineral natural, existen ciertas limitaciones en términos de pureza y distribución del tamaño de partícula. Algunas empresas extranjeras líderes utilizan el método de preparación del método de combustión directa (VMC). Se trata de preparar microesferas de dióxido de silicio con alta pureza, tamaño de partícula pequeño y distribución del tamaño de partícula relativamente controlable a través de la reacción directa del polvo de silicio metálico con oxígeno.
08 Método de pulverización de material fundido a alta temperatura
El método de pulverización de fusión a alta temperatura consiste en fundir cuarzo de alta pureza en líquido a 2100-2500 ℃ y obtener micropolvos de silicio esféricos después de la pulverización y el enfriamiento. La superficie del producto es lisa y la tasa de esferoidización y la tasa amorfa pueden alcanzar 100%. Algunos fabricantes de Estados Unidos y Japón utilizan este método para producir micropolvos de silicio esféricos, pero es estrictamente confidencial para el exterior. El método de pulverización de fusión a alta temperatura es fácil de asegurar la tasa de esferoidización y la tasa amorfa, pero la dificultad de esta tecnología es el sistema de atomización de materiales de alta temperatura, el líquido fundido de cuarzo viscoso, el ajuste del tamaño de partícula de atomización y la solución de problemas como la prevención de la contaminación y una mayor purificación.
09 Método de combustión autopropagante a baja temperatura
El flujo de proceso del método de combustión a baja temperatura autopropagante incluye la preparación de silicato de sodio, la preparación de sol de silicato, la preparación de líquido de combustión mixto, reacción de combustión, recocido y descarbonización, tratamiento de lavado y otros pasos. Las ventajas de este método son que utiliza micropolvo de silicio cristalino natural o micropolvo de silicio fundido como materia prima, que son fáciles de obtener; el proceso es simple, no se requiere equipo especial, la operación es conveniente, fácil de controlar y el costo de producción es bajo; los materiales utilizados en el proceso de producción solo contienen iones de sodio e iones de nitrato que son muy solubles en agua, y no se introducen otros iones de impurezas, lo que favorece la preparación de micropolvo de silicio de alta pureza. En la actualidad, este método solo se encuentra en la etapa de laboratorio y no se puede producir en masa.
10 Método de fase gaseosa
El método de fase gaseosa se refiere a la destilación de haluro de silicio en una torre de destilación y, después de la gasificación a alta temperatura, se hidroliza con una cierta proporción de hidrógeno y oxígeno mediante presión a alta temperatura. El producto es capturado por un colector ciclónico para obtener nanopartículas en fase gaseosa. Las partículas de sílice preparadas por este método son de alta pureza y el proceso de reacción es controlable, pero el costo es alto y los subproductos orgánicos producidos en el proceso son difíciles de manejar.
11 Método de precipitación
Utilizando vidrio soluble, acidificante, etc. como materias primas, añadiendo una cantidad adecuada de surfactante, se debe prestar atención al control de la temperatura en todo el proceso de preparación. Si el valor de pH supera los 8, es necesario añadir un estabilizador y se forma un micropolvo de silicio esférico después del lavado, secado y calcinación. El micropolvo de silicio esférico preparado por este método tiene un tamaño de partícula muy uniforme, bajo coste, flujo de proceso sencillo y es fácil de controlar. Se puede utilizar en la producción industrial, pero el defecto es que puede producirse aglomeración.
12 Método de síntesis hidrotermal
El método de síntesis hidrotermal se utiliza ampliamente en la preparación de nanopartículas en fase líquida. Generalmente, los compuestos inorgánicos y orgánicos se combinan con agua en condiciones de alta temperatura y alta presión de 150 ℃ ~ 350 ℃, y se permite que los iones, moléculas, grupos de iones, etc. ingresen a la zona de crecimiento con cristales semilla a través de una fuerte convección, y finalmente se obtienen una solución y cristales sobresaturados. La filtración, el lavado y el secado de sustancias inorgánicas pueden formar micropartículas ultrafinas y de alta pureza. El uso del método de síntesis hidrotermal para preparar micropolvos de silicio esféricos elimina el proceso de conversión a óxidos requerido por los métodos generales de síntesis en fase líquida, lo que reduce la probabilidad de aglomeración dura.
13 Método sol-gel
El método sol-gel consiste en mezclar uniformemente las materias primas con la fase líquida, hidrolizarlas en determinadas condiciones, formar un sol mediante condensación química y, transcurrido un tiempo, formar un gel de sílice con una estructura de red tridimensional. Después de filtrar, lavar, secar y sinterizar, se obtienen nanopartículas de dióxido de silicio o nanopartículas de cuarzo.
14 Método de microemulsión
La microemulsión es un método en el que dos fases incompatibles forman una emulsión uniforme bajo la acción de un surfactante. Este método utiliza el pequeño espacio entre las dos fases para formar núcleos bajo la guía de una fuente de silicio y obtiene partículas esféricas de sílice o cuarzo después del tratamiento térmico. Debido al espacio limitado para la nucleación y el crecimiento, las partículas de sílice generadas por este método son de tamaño pequeño y no son fáciles de aglomerar.