De quoi est composé le silicium?

De quoi est compose le silicium

Le silicium est l’élément le plus abondant de la croûte terrestre, juste après l’oxygène. On le trouve dans les roches, le sable, les argiles et les sols, seul ou en combinaison avec l’oxygène sous forme de dioxyde de silicium, ou avec l’oxygène et d’autres éléments sous forme de silicates. On trouve également des composés de silicium dans l’eau, l’atmosphère, de nombreuses plantes et même certains animaux.

Historique

Jons Jacob Berzelius, un chimiste suédois, a découvert et identifié le silicium comme un élément en 1824. En 1811, une forme impure a été obtenue. L’électrolyse a été utilisée pour créer du silicium cristallin pour la première fois en 1854.

Le four à arc électrique, qui est aujourd’hui utilisé pour fabriquer du silicium, a été conçu en 1899 par l’inventeur français Paul Louis Toussaint Héroult pour fabriquer de l’acier. En 1905, le premier four à arc électrique a été construit aux États-Unis, à Syracuse (New York). La technologie des fours, notamment les électrodes utilisées pour les éléments chauffants, a progressé ces dernières années.

Qu’est-ce que le silicium exactement ?

Le silicium est le quatorzième élément du tableau périodique et fait partie du groupe IVA, qui comprend également le carbone, le germanium, l’étain et le plomb. La structure cristalline du silicium pur est la même que celle du diamant. Il possède des propriétés chimiques et physiques similaires à cette substance. Le silicium a une température de fusion de 2570 degrés Fahrenheit (1410 degrés Celsius), un point d’ébullition de 4271 degrés Fahrenheit (2355 degrés Celsius) et une densité de 2,33 grammes par centimètre cube.

Lorsqu’il est chauffé, le silicium se combine avec les halogènes (fluor, chlore, brome et iode) pour produire des halogénures. Il se combine avec certains métaux pour produire des siliciures, et lorsqu’il est chauffé dans un four électrique avec du carbone, il produit du carbure de silicium, une céramique résistante à l’usure. Le seul acide qui a un impact sur le silicium est l’acide fluorhydrique. À des températures plus élevées, le silicium est attaqué par la vapeur d’eau ou l’oxygène, ce qui entraîne la formation d’une couche superficielle de dioxyde de silicium.

Le silicium est utilisé comme semi-conducteur dans de nombreuses applications après avoir été nettoyé et dopé avec des éléments tels que le bore, le phosphore et l’arsenic. Un procédé chimique est utilisé pour convertir le tétrachlorure de silicium ou le trichlorosilane en silicium pour une pureté optimale. La croissance de monocristaux implique l’extraction délicate de cristaux de semence à partir de silicium fondu.

Le silicium de moindre pureté est utilisé comme agent réducteur et comme élément d’alliage dans l’acier, le laiton, l’aluminium et le bronze. L’aluminium devient plus facile à couler et présente une meilleure résistance, une plus grande dureté et d’autres qualités lorsqu’on lui ajoute des quantités modestes de silicium. Le silicium est utilisé pour fabriquer du béton, des briques, du verre, des céramiques et du savon sous forme d’oxyde ou de silicate. Le silicium métallique est également la matière première des silicones, qui sont utilisées dans des produits tels que les huiles synthétiques, les produits de calfeutrage et d’étanchéité et les agents anti-mousse.

Applications du silicium

  • L’élément est un composant clé des céramiques et des briques.
  • L’élément est utilisé pour fabriquer des transistors puisqu’il s’agit d’un semi-conducteur.
  • Le silicium est un matériau couramment utilisé dans les circuits informatiques et les cellules solaires.
  • C’est un ingrédient essentiel du ciment Portland.
  • Le silicium est utilisé dans la fabrication des briques réfractaires.
  • Les silicones sont utilisés dans une variété de méthodes d’imperméabilisation.
  • Le silicium est présent dans une variété d’agents de démoulage et de composés de moulage.
  • Il est également un composant du ferrosilicium, un alliage courant dans l’industrie de l’acier.

Procédé de fabrication du silicium

La technique de base consiste à chauffer de la silice et du coke à des températures élevées dans un four à arc électrique immergé. Les températures élevées sont nécessaires pour créer un processus dans lequel l’oxygène est éliminé, laissant le silicium derrière. C’est ce qu’on appelle un procédé de réduction. Les carbures métalliques se forment généralement en premier à des températures plus basses dans cette procédure. Le carbone est déplacé à mesure que le silicium est créé. La pureté est accrue par des techniques de raffinage.

Le processus de réduction

  • Les matières premières sont pesées, puis introduites par le haut du four à l’aide de la hotte, de seaux ou d’automobiles. Un lot typique contient 453 kg (1000 lb) de gravier, de copeaux et de charbon, ainsi que 250 kg (550 lb) de charbon. Le couvercle du four, qui contient les électrodes, est abaissé. Un arc est formé en faisant passer un courant électrique à travers les électrodes. La chaleur de cet arc (une température de 4000° F ou 2350° C) fait fondre le matériau, provoquant la combinaison du sable avec le carbone pour produire du silicium et du monoxyde de carbone. Cette procédure dure entre six et huit heures. Le four est constamment chargé de lots de matières premières.
  • À l’état fondu, le métal est traité à l’oxygène et à l’air pour réduire la quantité d’impuretés de calcium et d’aluminium. Le silicium métallique est composé de 98,5 à 99,99 % de silicium, avec des traces de fer, de calcium et d’aluminium selon la qualité.

Refroidissement/Concassage

  • La substance oxydée, appelée scorie, est placée dans des pots et refroidie. Le silicium métallique est refroidi dans des plateaux massifs en fonte de 2,4 mètres de large et de 20 centimètres de profondeur. Après refroidissement, le métal est retiré du moule, transféré dans un véhicule, pesé, et finalement déposé dans un tas de stockage. Le déversement du métal du moule vers le camion le divise correctement pour le stockage. Avant l’expédition, le métal est mis à l’échelle selon les spécifications du client, ce qui peut nécessiter l’utilisation de concasseurs à mâchoires ou à cônes.

Emballage

  • Le silicium métallique est généralement emballé dans d’énormes sacs ou des caisses en bois pesant jusqu’à 1 361 kg (3 000 livres). La poudre de silicium est conditionnée dans des seaux en plastique ou des sacs en papier de 23 kg, des fûts en acier de 227 kg ou d’énormes sacs ou boîtes de 1 361 kg.

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