কিভাবে শিল্প গ্রেড সিলিকন উত্পাদিত হয়

সিলিকন, পৃথিবীর ভূত্বকের দ্বিতীয় সর্বাধিক প্রচুর উপাদান, ধাতুবিদ্যা, অ্যালুমিনিয়াম সংকর, রাসায়নিক, ব্যাটারি, সৌর শক্তি এবং ইলেকট্রনিক্সে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এই বিশাল শিল্প শৃঙ্খলে, মেটালার্জিক্যাল গ্রেড সিলিকন (MG-Si) মৌলিক কাঁচামালের ভূমিকা পালন করে, এবং সমস্ত উচ্চ-বিশুদ্ধতার সিলিকন সামগ্রীর (যেমন পলিসিলিকন এবং ইলেকট্রনিক গ্রেড সিলিকন) এর সূচনা বিন্দু।
 

সুতরাং, কিভাবে প্রাকৃতিক কোয়ার্টজ আকরিক থেকে ধাতব গ্রেড সিলিকন নিষ্কাশন করা হয়? এই নিবন্ধে, আমরা আপনাকে ইন্ডাস্ট্রিয়াল সিলিকনের সম্পূর্ণ উৎপাদন প্রক্রিয়ার গভীরে নিয়ে যাব।

ধাতব গ্রেডের সিলিকন হল সিলিকন সমৃদ্ধ একটি নন-লৌহঘটিত খাদ কাঁচামাল, যার সিলিকন উপাদান 95% এবং 99.5% এর মধ্যে থাকে। এটি সাধারণত ধূসর ধাতব পিণ্ডের আকারে থাকে তবে অনুরোধের ভিত্তিতে দানাদার বা গুঁড়ো পণ্যগুলিতে প্রক্রিয়া করা যেতে পারে।

"সিলিকন ধাতু" নাম থাকা সত্ত্বেও, ধাতুবিদ্যাগত-গ্রেডের সিলিকন একটি বিশুদ্ধ ধাতু নয়, বরং লোহা (Fe), অ্যালুমিনিয়াম (Al), ক্যালসিয়াম (Ca) এবং অন্যান্য অমেধ্যের মিশ্রণ। এই অমেধ্যগুলির বিষয়বস্তু এর প্রয়োগের সুযোগ এবং বাজার মূল্য নির্ধারণ করে।

ধাতুবিদ্যা গ্রেড সিলিকনের প্রধান ব্যবহারগুলির মধ্যে রয়েছে: ইস্পাত ডিঅক্সিডেশন, অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয় রিইনফোর্সমেন্ট, ফেরোসিলিকন অ্যালয় কাঁচামাল, রাসায়নিক কাঁচামাল, ব্যাটারি সংযোজন, অবাধ্য উপকরণ এবং প্রাথমিক ফটোভোলটাইক এবং সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ।

ধাতুবিদ্যা গ্রেড সিলিকনের প্রাথমিক কাঁচামাল হল কোয়ার্টজ (SiO₂) বা কোয়ার্টজাইট। এই খনিজগুলিতে উচ্চ-বিশুদ্ধতার সিলিকন ডাই অক্সাইড থাকে, যা প্রকৃতিতে পাওয়া সিলিকনের প্রধান রূপ।

সিলিকন ডাই অক্সাইডের হ্রাস প্রক্রিয়ার অত্যন্ত স্থিতিশীল Si-ও বন্ধনের কারণে উচ্চ শক্তির থ্রেশহোল্ড রয়েছে। হ্রাস প্রতিক্রিয়া উপলব্ধি করার জন্য, কোয়ার্টজকে কার্বনের সাথে পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে মিশ্রিত করতে হবে-যুক্ত পদার্থের (যেমন, কোক, কয়লা, কাঠের চিপস, কাঠকয়লা ইত্যাদি) একটি বিক্রিয়া মিশ্রণ তৈরি করতে। এই কার্বন উৎসগুলো উচ্চ তাপমাত্রায় অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে বিশুদ্ধ সিলিকন মুক্ত করতে সক্ষম।

শিল্প সিলিকনের মূল উত্পাদন প্রক্রিয়া হল একটি নিমজ্জিত বৈদ্যুতিক চাপ চুল্লিতে কার্বোথার্মাল রিডাকশন (CR) প্রতিক্রিয়া।

উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিক্রিয়া পরিবেশ

চুল্লির ভিতরের তাপমাত্রা সাধারণত 1500 থেকে 2000 ডিগ্রীতে বজায় থাকে। চার্জে একটি শক্তিশালী বৈদ্যুতিক প্রবাহ সঞ্চালনের জন্য চুল্লিটি ইলেক্ট্রোডের উপর নির্ভর করে, একটি উচ্চ-তাপমাত্রার চাপ জোন তৈরি করে। এই তাপমাত্রা নিম্নলিখিত প্রধান প্রতিক্রিয়া চালানোর জন্য যথেষ্ট: SiO₂ (কঠিন) + 2C (কঠিন) → Si (তরল) + 2CO (গ্যাস)।

চার্জে, সিলিকা এবং কার্বনের মধ্যে হ্রাস প্রতিক্রিয়া সঞ্চালিত হয়, তরল সিলিকন এবং কার্বন মনোক্সাইড গ্যাস তৈরি করে।

বহু-পর্যায়ের প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া

চুল্লি একটি সমজাতীয় প্রতিক্রিয়া পরিবেশ নয়: কেন্দ্রীয় এলাকায় উচ্চ তাপমাত্রা দ্রুত প্রতিক্রিয়া এবং প্রচুর পরিমাণে তরল সিলিকন গঠনের দিকে পরিচালিত করে।

পেরিফেরাল এলাকায় নিম্ন তাপমাত্রা মধ্যবর্তী গ্যাস SiO (সিলিকন অক্সাইড) গঠনের দিকে নিয়ে যেতে পারে।

এই গ্যাসগুলি হয় চুল্লির মধ্যে আরও বিক্রিয়া করে সিলিকন তৈরি করতে পারে, অথবা চুল্লি থেকে বেরিয়ে গিয়ে সিলিকা ফিউম তৈরি করতে পারে।

চার্জের পোরোসিটি বজায় রাখা

গ্যাসের মসৃণ প্রবাহ নিশ্চিত করার জন্য, বিক্রিয়ক স্তরটি অবশ্যই ভালভাবে বায়ুচলাচল করতে হবে। চার্জ স্তর খুব ঘন হলে, হ্রাস দক্ষতা হ্রাস করা হবে এবং শক্তি খরচ বৃদ্ধি পাবে।

চুল্লির নীচে তরল সিলিকন একত্রিত হওয়ার পরে, এটি চুল্লি খোলার মাধ্যমে ট্যাপ করা হয় এবং ল্যাডেল বা ক্রুসিবলের মধ্যে ডাইভার্ট করা হয়। এই মুহুর্তে, সিলিকন সাধারণত উচ্চ-তাপমাত্রার তরল অবস্থায় অমেধ্য থাকে।

পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণে, প্রযোজক অ্যালুমিনিয়াম, ক্যালসিয়াম এবং অন্যান্য অমেধ্যের বিষয়বস্তু নিয়ন্ত্রণ করতে এবং পণ্যটি পূর্বনির্ধারিত রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি পূরণ করে তা নিশ্চিত করার জন্য প্রাথমিক পরিশোধন করে।

প্রাথমিক পরিশোধনের পরে, তরল সিলিকন ছাঁচে ঢেলে দেওয়া হয় এবং ইঙ্গট তৈরির জন্য ঠান্ডা হয়।

ঠাণ্ডা করা সম্পূর্ণ হওয়ার পর, ইনগটগুলিকে যান্ত্রিক ক্রাশিং সরঞ্জাম দ্বারা চূর্ণ করা হবে, বিভিন্ন কণার আকার (যেমন. 10-100মিমি) অনুসারে স্ক্রীন করা হবে, প্যাকেজ করা হবে এবং চালানের জন্য প্রস্তুত করা হবে।

ধাতুবিদ্যা গ্রেড সিলিকনের গুণমান নিম্নলিখিত দিক দ্বারা পরিমাপ করা হয়: Si বিষয়বস্তু (সাধারণত 95% থেকে 99.5%); Fe, Al, এবং Ca এর মতো অমেধ্যের বিষয়বস্তু; কণা আকার স্পেসিফিকেশন এবং কণা আকৃতি; এবং ব্যাচ-থেকে-ব্যাচ কম্পোজিশনাল স্থায়িত্ব।

নির্মাতারা সাধারণত সিলিকনের প্রতিটি ব্যাচে বর্ণালী বিশ্লেষণ এবং শারীরিক পরীক্ষা পরিচালনা করে এবং গ্রাহকরা যাতে উদ্বেগ ছাড়াই পণ্যটি ব্যবহার করতে পারে তা নিশ্চিত করার জন্য একটি গুণমান প্রতিবেদন (COA) জারি করে।

লোহা ও ইস্পাত শিল্প

কার্যকরভাবে অক্সিজেন অপসারণ এবং ইস্পাতের শক্তি এবং বলিষ্ঠতা বাড়াতে একটি ডিঅক্সিডাইজার হিসাবে স্টিলে যুক্ত করা হয়েছে।

অ্যালুমিনিয়াম খাদ উত্পাদন

শক্তি, জারা প্রতিরোধের এবং অ্যালুমিনিয়াম খাদ এর ঢালাই কর্মক্ষমতা উন্নত করতে ব্যবহৃত.

রাসায়নিক শিল্প

সিলেন, সিলিকেট, সিলিকন তেল, সিলিকন রজন এবং অন্যান্য রাসায়নিক পণ্য প্রস্তুত করার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহৃত হয়।

ব্যাটারি উপকরণ

ব্যাটারির ক্ষমতা এবং সাইকেল লাইফ বাড়ানোর জন্য লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি অ্যানোডের সংযোজন হিসাবে ব্যবহৃত হয়।

ফটোভোলটাইক এবং সেমিকন্ডাক্টর শিল্প

যদিও ধাতব-গ্রেডের সিলিকন উচ্চ-ইলেক্ট্রনিক্সে সরাসরি ব্যবহার করার জন্য যথেষ্ট বিশুদ্ধ নয়, এটি পলিসিলিকন বা রাসায়নিক-গ্রেডের সিলিকন উৎপাদনের জন্য একটি পরিশোধন পূর্বসূরি হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

অবাধ্য

উচ্চ-তাপমাত্রার চুল্লি, সিরামিক এবং কাচের জন্য অবাধ্য ইট এবং কম্পোজিটগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

প্রাকৃতিক কোয়ার্টজ আকরিক থেকে উচ্চ-বিশুদ্ধতার সিলিকন ইঙ্গট পর্যন্ত, ধাতুবিদ্যার-গ্রেডের সিলিকনের উৎপাদন প্রক্রিয়া উচ্চ-তাপমাত্রার ভৌত রাসায়নিক বিক্রিয়া, পদার্থ বিজ্ঞান এবং প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের মতো বহুবিভাগীয় প্রযুক্তিকে একীভূত করে। সিলিকন উপাদান শিল্প শৃঙ্খলের "উৎস প্রক্রিয়া" হিসাবে, এর গুণমান এবং স্থিতিশীলতা ডাউনস্ট্রিম অ্যাপ্লিকেশনগুলির কার্যকারিতা এবং ব্যয়কে সরাসরি প্রভাবিত করে।

সবুজ শক্তি, শক্তি সঞ্চয়স্থান, বৈদ্যুতিক যানবাহন এবং স্মার্ট ইলেকট্রনিক পণ্যগুলির বৈশ্বিক চাহিদা ক্রমাগত বাড়তে থাকায়, ধাতববিদ্যা-গ্রেডের সিলিকনের গুরুত্ব আরও বেশি প্রকট হয়ে উঠছে, যা শিল্প আপগ্রেডিং এবং পরিবেশ সুরক্ষা প্রযুক্তির বিকাশের জন্য নতুন সুযোগ নিয়ে আসে৷