Como se produce el silicio
Silicio de grado metalúrgico
China es el mayor productor mundial de silicio, con un volumen de producción estimado en seis millones de toneladas métricas en 2021. El segundo mayor productor mundial de este metaloide es Rusia, que produjo 580.000 toneladas métricas en el mismo año. La producción mundial total de silicio en 2021 se estima en 8,5 millones de toneladas métricas.
El silicio es un elemento químico y un semiconductor económicamente importante en todo el mundo debido a sus usos industriales en el refinado del acero, la fundición de aluminio, los procesos químicos y, quizás como es más conocido, en la electrónica de semiconductores.
Las obleas de silicio son finas láminas de semiconductor que se utilizan para fabricar circuitos integrados y células solares. En 2020, la demanda mundial de obleas de silicio fue de unos 12.400 millones de pulgadas cuadradas.
Las obleas de silicio se utilizan en una gran variedad de productos, como móviles/smartphones, ordenadores de sobremesa, portátiles, productos industriales y otros productos electrónicos. Los móviles/smartphones representaron la mayor demanda en general. En 2018, la demanda de obleas de silicio para teléfonos móviles y teléfonos inteligentes fue de 21.900 millones de centímetros cuadrados. Los ordenadores de sobremesa, portátiles y PC de servidor le siguieron con 11.300 millones de centímetros cuadrados.
¿De dónde procede el silicio?
El ingrediente silicio procede de la sílice, que se obtiene de la arena. El proceso de fabricación del silicio es complejo y consta de muchas etapas. Este arduo proceso contribuye a que el precio del caucho de silicona sea superior al del caucho natural.
¿Cuál es el proceso para producir silicio?
La sílice se funde en un horno a unos 1.700 °C y reacciona con el carbono para producir silicio impuro. El silicio de alta calidad de las virutas se fabrica fundiendo silicio purificado químicamente y dejándolo recristalizar lentamente.
Mina de silicio
Puede que algún día la economía industrial se quede sin uno de sus recursos naturales esenciales, el petróleo, pero al menos la economía de alta tecnología tiene a salvo su suministro de silicio, el elemento que constituye el ingrediente clave de todo procesador informático. Su forma oxidada, conocida como sílice o cuarzo, es muy común. De hecho, es suciedad: Casi todos los tipos de arena, arcilla y roca contienen sílice de una forma u otra, y en total más de la mitad de la corteza terrestre está hecha de sílice.
Industrialmente, el sílice se convierte en silicio puro calentándolo con coque (la forma de carbón, no la bebida) en un horno. Pero hay un método aún más fácil, aunque menos rentable, que aprendí de Jason Stainer, un profesor de ciencias de Inglaterra. Basta con calentar una mezcla de arena de sílice común y magnesio en polvo en un tubo de ensayo. El magnesio roba los átomos de oxígeno de la sílice, dejando silicio elemental.
Ninguna reacción es perfecta, y en este caso queda una mezcla de magnesio, óxido de magnesio, siliciuro de magnesio y silicio en el fondo del tubo de ensayo. Afortunadamente, la mejor forma de purificarlo es también la más divertida. Le conté a mi fan de Harry Potter de ocho años que había preparado una poción de fuego.
Silicio de grado electrónico
Elemento químico, símbolo Si y número atómico 14Silicio, 14SiSiliconPronunciationAllotropessee Alótropos del silicioAppearancryarancrystalline, reflective with bluish-tinged facesPeso atómico estándar Ar°(Si)
Número atómico (Z)14Grupo 14 (grupo del carbono)Períodoperíodo 3Bloque p-bloqueConfiguración electrónica[Ne] 3s2 3p2Electrones por capa2, 8, 4Propiedades físicasFase a STPsólidoPunto de fusión1687 K (1414 °C, 2577 °F) Punto de ebullición3538 K (3265 °C, 5909 °F) Densidad (cerca de r. t.)2,3290 g/cm3en líquido (a p.m.)2,57 g/cm3 Calor de fusión50,21 kJ/mol Calor de vaporización383 kJ/mol Capacidad calorífica molar19,789 J/(mol-K) Presión de vapor
El silicio es un elemento químico de número atómico 14 y símbolo Si. Es un sólido cristalino duro y quebradizo con un brillo metálico azul grisáceo, un metaloide tetravalente y un semiconductor. Pertenece al grupo 14 de la tabla periódica: el carbono está por encima y el germanio, el estaño, el plomo y el flerovio por debajo. Es relativamente poco reactivo.
El silicio es el octavo elemento más común en el universo por masa, pero muy raramente se encuentra como elemento puro en la corteza terrestre. Está ampliamente distribuido en el espacio, en el polvo cósmico, los planetoides y los planetas, en diversas formas de dióxido de silicio (sílice) o silicatos. Más del 90% de la corteza terrestre está compuesta por minerales de silicato, lo que convierte al silicio en el segundo elemento más abundante de la corteza terrestre (alrededor del 28% en masa), después del oxígeno.
Compuesto de silicio
Los electrodos de carbono se aplican para la producción de silicio metal, ya que tienen características peculiares. Los electrodos de carbono se utilizan como conductores de la corriente eléctrica en hornos eléctricos en los que se produce silicio metal, fósforo elemental o, en menor medida, otras especialidades. La producción de silicio metal y fósforo es un proceso bastante especializado, por lo que sólo un pequeño número de empresas se dedica a este negocio en todo el mundo. La mayor parte del silicio metal producido se utiliza en dos campos industriales principales: en la metalurgia como elemento de aleación para el aluminio y en la industria química para la producción de una gran familia de plásticos llamados siliconas. El silicio metal también se emplea, tras una larga cadena de transformación, en el campo de la electrónica.
Los electrodos de carbono desempeñan un papel fundamental en los procesos de producción de los hornos de arco sumergido. Los electrodos de carbono se utilizan sobre todo para la producción de silicio metal. El proceso consiste en la reducción continua del cuarzo (SiO2) en silicio mediante una mezcla reductora según la relación simplificada SiO2, + 2C -> Si + 2CO. Como componentes de la mezcla, se puede utilizar carbono en forma de carbón mineral, coque de petróleo, carbón vegetal, astillas de madera. La elección y las proporciones de estos materiales varían en función de la disponibilidad y el coste locales. La corriente eléctrica recorre el electrodo entre las placas de contacto y la punta del electrodo provocando el encendido del arco eléctrico con sus altísimas temperaturas (> 2000°C) necesarias para la reducción del cuarzo en silicio. A continuación, el silicio se extrae por la parte inferior del horno. Cada día se producen entre 15 y 50 toneladas de silicio en función de la potencia aplicada al horno. Durante el proceso se consumen gradualmente las puntas de las columnas sumergidas en la zona de reacción. Cada una de las tres columnas de electrodos está construida con 5-6 electrodos.
