سیلیس چیست؟

تاریخچه سیلیس

تاریخچه در1787 آنتوان لاووازیه به این نکته مشکوک شد که احتمالاً سیلیکا اکسیدی از یک عنصر پایه ای باشد. اما آفنیته شیمیایی سیلیکون به اکسیژن به قدری زیاد است که او راهی برای کاهش اکسیژن از این ماده و جدا کردن آن به صورت خالص پیدا نکرد. پس از تلاش‌های سِر همفری دیوی برای ایزوله کردن این ماده در ۱۸۰۸، او نام «سیلیسیم» را برای این ماده پیشنهاد کرد که برگرفته از silex یا silicis به معنای «سنگ چخماق» بود و به آن پسوند «ایم» داد چرا که فکر می‌کرد این عنصر یک «فلز» است. در بسیاری از زبان‌های غیرانگلیسی از نام پیشنهادی همفری دیوی استفاده می‌شود. تصور می‌شود که گیلوساک و تنارد در ۱۸۱۱ از روش گرم کردن فلز پتانسیم تازه ایزوله شده با سیلیکون تترافلوراید موفق به ساخت سیلیکون آمورف شدند، اما قادر به خالص سازی و تشخیص این ماده و تعیین آن به عنوان یک عنصر جدید نگریدند. نام امروزین این عنصر یعنی "سیلیکون (به انگلیسی: Silicon)" در سال ۱۸۱۷ توسط شیمی‌دان اسکاتلندی توماس تامسون برگزیده شد. او قسمتی از نام دیوی را حفظ کرد اما در انتهای آن از پسوند "on-" به جای "ium-" استفاده کرد چرا که او باور داشت این ماده یک "نافلز" مانند بورون (به انگلیسی: Boron) و کربُن (به انگلیسی: Carbon) است.

ویژگی های فیزیکی سیلیس

سیلیسیم در دمای اتاق جامد است و نقطهٔ ذوب و جوش بسیار بالایی دارد. این نقطه‌ها به ترتیب عبارتند از ۱٬۴۰۰ و ۲٬۸۰۰ درجهٔ سانتیگراد. نکتهٔ جالب دربارهٔ سیلیسیم این است که این ماده در حالت مایع چگالی بیشتری نسبت به حالت جامد دارد در نتیجه رفتار این ماده هنگام یخ زدن (جامد شدن) مانند رفتار معمول در دیگر ماده‌ها، با کاهش حجم همراه نیست بلکه حجم آن افزایش می‌یابد مانند آب که پس از یخ زدگی جرم در یکای حجمش کاهش می‌یابد و چگالی اش از آب مایع کمتر می‌شود. سیلیسیم رسانایی گرمایی بالایی دارد سیلیسیم پالوده در حالت بلوری به رنگ خاکستری است و جلای فلزی دارد. مانند ژرمانیم سخت و بسیار تُرد است و برای تراشه (ورقه ورقه) شدن مناسب است. سیلیسیم مانند کربن و ژرمانیم هنگام بلوری شدن ساختاربلوری الماس را می‌پذیرد ابر الکترونی بیرونی سیلیسیم مانند کربن چهار الکترون در لایهٔ آخر دارد. لایه‌های 1s،2s،2p و 3s سراسر پر شده‌اند درحالی که لایهٔ 3p تنها دو جا از ۶ جای آن پر شده‌است. سیلیسیم یک نیمه‌رسانا است. ضریب دمایی مقاومت الکتریکی این ماده منفی است چون شمار جابجایی‌کننده‌های (حامل‌های) بارهای آزاد آن با افزایش دما افزایش می‌یابد. مقاومت الکتریکی یک تک‌بلور سیلیسیم در اثر دریافت تنش‌های مکانیکی، تغییر بسیار زیادی می‌کند.

ویژگی های شیمیایی سیلیس

سیلیسیم یک شبه‌فلز است و به آسانی چهار الکترون بیرونی خود را به دیگری می‌دهد یا به اشتراک می‌گذارد و به این وسیله می‌تواند در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی راه یابد. سیلیسیم با هالوژن‌ها و قلیاها واکنش می‌دهد اما بیشتر اسیدها (به جز برخی ترکیب‌های بسیار واکنش دهندهٔ اسید نیتریک و هیدروفلوئوریک اسید) اثری بر روی آن ندارند. با این حال داشتن چهار الکترون در لایهٔ ظرفیت، مانند کربن به سیلیسیم هم این امکان را می‌دهد تا در شرایط مناسب با بسیاری از عنصرها وارد واکنش شود.

انواع سیلیس

سیلیس از لحاظ خلوص به سه دسته تقسیم می‌شود

• سیلیس ممتاز
• سیلیس درجه 1
• سیلیس درجه 2

مشخصات سیلیس ممتاز

سیلیس ممتاز همانطور که از نام آن پیداست بهترین نوع سیلیس می باشد که دارای کمترین ناخالصی است و میزان خلوص آن حدودا 99.7 می باشد .

موارد مصرف سیلیس ممتاز

• تولید بلور و شیشه با بالاترین کیفیت
• فیلترهای شنی تصفیه آب شهری و روستایی
• خاک نسوز با دوام و حساس
• کاشی و سرامیک و سایر صنایع

مشخصات سیلیس درجه یک

از نظر کیفیت بعد از سیلیس ممتاز ، سیلیس درجه یک قرار می گیرد که دارای خلوص بالای 98.5 درصد میباشد . غالبا رنگ سیلیس درجه یک سفید و دارای سختی بالایی میباشد.

موارد مصرف سیلیس درجه یک

• شیشه و بلور
• تولید خاک و جرم های نسوز
• استفاده در فیلترهای شنی تصفیه آب
• سندبلاست قطعات حساس
• نیمه هادی در صنایع الکترونیک
• لعاب انواع محصولات سرامیکی
• صنایع رنگ سازی

مشخصات سیلیس درجه دو

سیلیس درجه دو از خلوصی بین 96 تا 98 درصد برخوردار است و در صنایعی با حساسیت کمتر مورد استفاده قرار میگیرد .

موارد مصرف سیلیس درجه دو

• تصفیه آب شهری و صنعتی
• افزایش استحکام بتن
• سندبلاست
• ریخته‌گری

کاربردهای سیلیس

صنایع تولید شیشه و بلور

شیشه از اختلاط بعضی از اکسیدها تهیه می شود و خواص هر شیشه بستگی به نسبت، مقدار و نوع اکسیدهای سازنده ی آن دارد. سیلیس بخش مهم و اعظم در صنعت تولید شیشه میباشد و کیفیت شیشه و بلور تولیدی بصورت مستقیم به خلوص و کیفیت سیلیس بستگی دارد .

خاک نسوز

کوره‌ های القایی بدون هسته که امروزه در صنعت فولاد ریزی استفاده می‌شوند، تا ظرفیت‌های ۶۵ تن دارای جداره‌های نسوز به ضخامت‌ ۸ سانتیمتر تا ۲۰ سانتیمتر هستند. معمولی‌ترین جداره نسوز برای این کوره‌ها، خاک نسوز خشک اسیدی از جنس کوراتزیت دانه بندی شده است. این نسوزها از دانه‌های گوشه دار با دانه بندی صفر تا چهار میلیمتر برای کوره‌های تا ظرفیت ۱۵ تن ، و صفر تا هفت میلیمتر برای کوره‌های بالاتر از ۱۵ تن هستند. خلوص سیلیس این نسوزها بالاتر از ۵/۹۸ درصد و دانه‌های پودر( زیر الک ۲۰۰ مش) حدود ۱۸ تا ۲۸ درصد است.

تصفیه آب شهری و صنعتی

ساده ترین نوع فیلتراسیون، عبور آب از لایه های خاک می باشد که در طبیعت به طور دائم در حال انجام است. این عمل در تصفیه خانه های آب شهری و تصفیه خانه های آب صنعتی از طریق فیلتر شنی صورت می پذیرد، با این تفاوت که در فیلترهای شنی به جای خاک، سیلیس وجود دارد و معمولاً با بهره گیری از پمپ، آب از فیلترهای شنی با فشار عبور داده می شود.

کاشی و سرامیک

سیلیس در لعاب و بدنه ی تمام انواع محصولات سرامیکی شامل؛ ظروف غذاخوری، وسایل بهداشتی و کاشی کف و دیوار به کار می رودد. نقش سیلیس در بدنه ی سرامیک به صورت ساختار اسکلتی است که اجزای رسی و گدازآور بر روی آن چسبانده می شوند. SiO2 برای اصلاح انبساط گرمایی، تنظیم خشک شدن و انقباض و بهبود یکپارچگی ساختاری و ظاهر مورد استفاده قرار می گیرد. محصولات سیلیس پودری به عنوان مواد اولیه در شکل و دیر گدازهای نوع تک سنگی جهت فراهم نمودن مقاومت دمای بالا نسبت به حمله ی اسیدی در کوره های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

رنگ سازی

سیلیس به عنوان ماده پرکننده یا رنگدانه در صنعت رنگ سازی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از سیلیس به عنوان براق کننده در صنایع تولید رنگ استفاده می شود .

سندبلاست

ساینده ها موادی طبیعی و مصنوعی هستند که برای خرد کردن، جلا دادن، ساییدن، تمیز کردن، پرداخت یا جدا نمودن مواد جامد معمولاً توسط عمل ساییدن (مانند چرخ کردن) و همچنین ضربه (سند بلاست) مورد استفاده قرار می گیرند. سند بلاست برای تمیز کردن سنگ و بتن، قالب های فولادی، آماده سازی سطوح برای رنگ کاری و حکاری شیشه و پلاستیک ها مورد استفاده قرار می گیرند. در عملیات سند بلاست با سیلیس ابعاد دانه ها بسیار مهم است و دانه های درشت برای بریدن سنگ خردایش زبر شیشه صفحه ای و سنگ نما یا به عبارت دیگر برای نماشویی به کار می رود. ماسه سیلیسی کوچکتر برای تراشیدن عدسی ها، صیقل کاری با دقت کم در مورد سنگ های قیمتی و تزئینی و آماده سازی و صاف کردن سطوح چوب ها به کار می روند. پودرهای دانه ریز هم برای صیقل دادن و صاف کردن شیشه، کاشی و کف پوشهای سنگ های مصنوعی، سنگ های قیمتی و سطوح چوب تخصیص داده شده اند.

فرو سیلیس

فروسيليس یا همان فروسیلیسیم (Ferrosilicon) آميزه ای از آهن و سيليسيم مي باشد ، كه در گريدهاي 70 و 90 درصد به بازار عرضه مي شود. علاوه بر آهن حدود 2 تا 4 درصد ناخالصي هايي مانند آلومينيم ، كروم ، كلسيم ، منگنز ، كربن ، تيتانيوم ، گوگرد نيز در تركيب فروسيليس وجود دارند. فرایند تولید فروسیلیس شامل ذوب کردن قراضه آهن ، sio2 یا سیلیس و مقداری کربن (که منبع آن می تواند زغالسنگ باشد) میباشد.

افزایش استحکام بتن

با اضافه کردن دوده سیلیسی به مخلوط بتنی، Sio2 فعال موجود در دوده سیلیسی با محلول هیدروکسید کلسیم آزاد Ca(OH)2 موجود در منافذ موئین و میکروسکوپی بتن ترکیب شده و تولید کریستال سیلیکات کلسیم نامحلول می کند و در نهایت موجب افزایش تراکم بتن و کاهش نفوذ پذیری و تقویت برخی خواص آن خواهد شد.

ریخته گری

در ريخته گري هاي ماسه اي از ماسه سيليكا (SiO2) استفاده مي شود. ماسه در طبيعت به مقدار فراوان موجـود است. بنابراين دسترسي به آن آسان و ارزان است. ماسه سیلیس ريزدانـه سبب اسـتحكام قالب مي شود. قالب هاي ماسـه سیلیس جهت قالب گيري تر كه متشكل از ماسه نرم، خاك رس و آب است داراي بيشترين كاربرد در ريخته گري ماسه اي مي باشد. قالب هـای ماسـه ای را نـيز می توان پيش از ريختن مذاب در كوره خشك نمود. اين قالب ها از قالب هاي تر محكم تر هســتند و داراي دقـت ابعـادي و (Hot tearing) سطوح تمام شده بهتری می باشند. ماسه سیلیس ریخته گری پارس سیلیس دارای بهترین مقاومت جهت تهیه قالب های ریخته گری انواع فلزات تا دمای ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد می باشد.

سایر مصارف

از سیلیس در بسیاری از صنایع و عملیات دیگر از جمله:صنایع نفت و گاز و پتروشیمی ، صنایع شیمیایی ، صنایع تولید لوله ، پشم شیشه ، صنایع الکترونیک ، لاستیک و پلاستیک ، سیمان ، مواد شوینده صنعتی و خانگی ، الکترود و ... استفاده میگردد .