کاربرد‌های گسترده سیلیس از صنایع تا تولید برق خورشیدی

به گزارش خبرگزاری صداوسیما، سیلیس یا سیلیکا (Silica) ترکیبی از سیلیکون و اکسیژن با فرمول شیمیایی SiO₂ است که فراوان‌ترین ترکیب اکسیدی در پوسته زمین به شمار می‌رود. این ماده به صورت آزاد یا به شکل سیلیکات‌ها در طبیعت یافت می‌شود و در معادن به شکل سنگ سیلیس استخراج می‌شود.

سیلیس ابتدا از معادن استخراج و سپس تصفیه می‌شود تا ناخالصی‌های آن حذف شود. این سیلیس خالص شده به سیلیکون تبدیل می‌شود که به شکل بلور‌های بزرگ یا پلی‌کریستال درآمده و به صورت ویفر‌های نازک برش داده می‌شود. این ویفر‌ها اساس سلول‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند که نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند.

فرآیند تولید شامل مراحل خردشدن، پالایش، ذوب و تبدیل سیلیس به پلی‌سیلیکون است که ماده اولیه نیمه‌هادی سلول‌های خورشیدی است. کیفیت و خلوص سیلیس در کارایی پنل‌های خورشیدی تاثیر مستقیم دارد؛ هرچه سیلیس خالص‌تر باشد، سلول‌های خورشیدی با کارایی بالاتری تولید می‌شوند. همچنین نوع کریستال سیلیکون (مونوکریستال یا پلی‌کریستال) که از سیلیس تولید می‌شود، بر ویژگی صفحات (پنل‌ها) خورشیدی مانند قیمت و بازدهی تاثیرگذار است.

به گفته معاون برنامه‌ریزی و توانمندسازی سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران (ایمیدرو) سیلیس یکی از مواد حیاتی در تولید صفحات خورشیدی و حرکت به سوی انرژی تجدید پذیر است، سیلیس موجود در کشور را می‌توان به محصولات مختلفی تبدیل کرد. یکی از آنها سیلیکون متال است که قابلیت تبدیل به پلی سیلیکون را دارد، پلی سیلیکون هم پایه تولید شمش و ویفرو سلول خورشیدی است.

خلوصی می‌گوید: طرح توسعه فرآوری از سیلیس تا صفحات خورشیدی به منظور جبران ناترازی انرژی در دستور کار ایمیدرو قرار دارد.

نایب رئیس کمیسیون انرژی اتاق ایران نیز می‌گوید: فرایند تبدیل ماده اولیه سیلیس به ویفر (دیسک‌های نازک سیلیکون) مستلزم سرمایه گذاری کلانی است که در دنیا به وسیله دولت‌ها انجام می‌شود و آغاز این فرایند از سوی وزارت صمت و ایمیدرو خبر خوبی در این زمینه است که با سرمایه گذاری در تولید و تامین مواد اولیه برای ساخت صفحات خورشیدی (core business) هم کشور از واردات این محصول بی نیاز و هم بر تعداد واحد‌های تولیدی صفحات خورشیدی در کشور افزوده می‌شود.

به گفته آقای صالحی مرحله نخست ساخت صفحات خورشیدی از مواد اولیه به سرمایه گذاری حدود ۴۰۰ میلیون دلاری نیاز دارد؛ و براساس شنیده‌ها قرار است ایمیدرو برای تولید مواد اولیه از خاک سیلیس تا اینگات سیلیکون (silicon ingot) و ویفر (wafer) سرمایه گذاری کند. سپس واحد‌های صنعتی نیز فرآورده نهایی را به سلول خورشیدی تبدیل و به بازار عرضه می‌کنند.

پودر سیلیس چیست؟

سیلیس میکرونیزه از سنگ این ماده توسط دستگاه‌های تمام اتوماتیک بالمیل در اندازه‌های میکرون دانه بندی می‌شود. از این پودر صنعتی در صنایع گوناگون مانند نسوز و متالوژی برای بهبود درجه حرارت بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر سایش محصولات گوناگون استفاده می‌شود.

از سیلیس پودری در صنعت ریخته گری متالوژی به عنوان یک افزودنی آلیاژ‌های غیر آهنی و آلیاژ سیلیسیم استفاده و با این روش موجب بهبود خنک‌سازی فولاد می‌شود. در ضمن از این پودر در برخی از موارد به عنوان کاهش دهنده فلز در زمینه آلیاژ‌های سرامیکی جدید استفاده می‌کنند.

سیلیس خوراکی چیست؟

در این مورد از این ماده معدنی در صنایع غذایی و داروسازی استفاده می‌کنند. لازم به ذکر است که این عنصر در سن ۲۱ سالگی به بعد در بدن کاهش می‌یاید و موجب ایجاد ناهنجاری‌ها در بدن می‌شود و ما باید این ماده را از مواد غذایی و مکمل‌های حاوی این ماده مانند قطره سیلیس تامین کنیم، سیلیس خوراکی موجب بهبود سیستم ایمنی بدن، دستگاه گوارش، ناهنجاری‌های استخوانی و ... می‌شود.

کریستال سیلیس چیست؟

به طور کلی سنگ Silica در انواع مختلفی مانند سیلیس کریستالی و آمورف تولید می‌شود. نوع کریستال این ماده در مقابل سنگ آن دارای خصوصیات و کاربرد‌های بیشتری است. برای نمونه از آن در استخر‌های شنا، آکواریوم، سیستم‌های تصفیه آب و پارک‌های آبی استفاده می‌کنند.

خواص سنگ سیلیس

این نوع سنگ سخت از رایج‌ترین مواد روی زمین است که در انواع گوناگون وجود دارند. سیلیکا در حوزه‌های صنعتی، مواد غذایی و آشامیدنی استفاده می‌شود. مواد خام کوارتز برای تولید شیشه‌های مات، مصنوعی و روشن و همچنین برای تولید سرامیک مصرف می‌شوند. سیلیس آزاد در طبیعت به سه شکل زیر وجود دارد.

کوارتز: این نوع یکی از پلی‌مورف‌های سیلیس و در درجه حرارت معمولی و فشار به دلیل داشتن سختی زیاد پایدار است. بیشترین نوع silica در طبیعت از این نوع کانی است.

ماسه سنگ: ماسه سیلیسی نوعی از کوارتز رسوبی و به صورت طبیعی خرد شده است. این دانه‌ها به وسیله ذرات رس، آهک، اکسید آهن یا بقیه مواد به یکدیگر چسبیده شده‌اند.

فلینت: این نوع تشکیل شده از کوارتز، کربنات کلسیم، آب و مواد آلی و رنگ آن به صورت قهوه‌ای روشن، سیاه یا خاکستری است. این نوع از حل شدن اسکلت سیلیسی جانوران اسفنجی در آب دریا‌ها و ته نشین شدن در بستر دریا به وجود می‌آید.

سیلیس در صنایع متعددی کاربرد گسترده دارد که مهم‌ترین آنها عبارتند از:

صنعت شیشه‌سازی: سیلیس ماده اولیه اصلی تولید انواع شیشه‌های ساختمانی، شیشه‌های مقاوم به حرارت و شیشه‌های خاص است.

صنعت ساختمان: به عنوان ماده پرکننده در بتن، سیمان، آجر ماسه آهکی، نماسازی، بلوک سازی و مواد درزگیر برای افزایش دوام و مقاومت استفاده می‌شود.

سرامیک و کاشی‌سازی: برای افزایش استحکام، سختی و زیبایی محصولات سرامیکی و کاشی‌ها کاربرد دارد.

الکترونیک: در تولید نیمه‌هادی‌ها، ریزتراشه‌ها و فیبر‌های نوری به کار می‌رود.

صنایع آرایشی و بهداشتی: به عنوان عامل ساینده و پرکننده در خمیر دندان، لوازم آرایشی و بهداشتی استفاده می‌شود.

تصفیه آب و فیلتر شنی: سیلیس به عنوان فیلتر در تصفیه آب و فاضلاب کاربرد دارد.

کاتالیزور‌ها و مواد کامپوزیتی: به عنوان ماده پشتیبان کاتالیزور و پرکننده در تولید کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود.

صنایع کشاورزی: برای افزایش مقاومت گیاهان در برابر تنش‌ها و آفات کاربرد دارد.

ریخته‌گری و نسوز: در قالب‌سازی و تولید مواد مقاوم به حرارت کاربرد دارد.

صنایع رنگ‌سازی، چسب، کاغذ و بسته‌بندی: سیلیس به عنوان عامل تثبیت‌کننده، حامل و ضدکف در این صنایع استفاده می‌شود.

این تنوع کاربرد به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خاص سیلیس مانند سختی بالا، مقاومت حرارتی، شفافیت، و فراوانی آن در طبیعت است.

معادن سیلیس در مناطق مختلف مثل همدان، زنجان و خوی از نظر کیفیت و خلوص در سطح مطلوبی قرار دارند با این حال، تاکید می‌شود که برای بهره‌برداری بهینه از این منابع، باید سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین استخراج و فرآوری افزایش یابد تا بهره‌وری تولید و کیفیت محصولات ارتقا یابد. همچنین توجه به استاندارد‌های زیست‌محیطی در استخراج و فرآوری سیلیس از دغدغه‌های مهم مسئولان است تا از آلودگی هوا، خاک و آب جلوگیری شود.

در بخش تولید، کارخانه‌های سیلیس مانند کارخانه سیلیس همدان با استفاده از تجهیزات پیشرفته و فناوری‌های نوین، سیلیس با خلوص بالا و عاری از ناخالصی تولید می‌کنند. این کارخانه‌ها با توجه به نزدیکی به معادن، هزینه‌های حمل و نقل را کاهش داده و امکان عرضه سیلیس با قیمت رقابتی را فراهم کرده‌اند. همچنین فرآیند‌های شیمیایی و مکانیکی دقیق برای تولید انواع سیلیس با ویژگی‌های متفاوت انجام می‌شود تا نیاز صنایع مختلف به طور کامل تامین شود.

توسعه صنایع پایین‌دستی مرتبط با سیلیس، مانند تولید میکروسیلیس، گچ با درجه سفیدی بالا و محصولات سرامیکی، می‌تواند ارزش افزوده اقتصادی را افزایش داده و اشتغال‌زایی ایجاد کند. همچنین توجه به مسائل ایمنی و سلامت کارگران در معادن و کارخانه‌ها از دیگر موارد مهم است، زیرا گرد و غبار سیلیس کریستالی می‌تواند برای سلامت کارکنان مضر باشد و در برخی موارد به بیماری‌های تنفسی و سرطان منجر شود.

نتیجه گیری

سیلیس، این ماده ساده، اما حیاتی، در واقع کلید طلایی بسیاری از فناوری‌ها و صنایع مدرن است. از معادن خاکی تا صفحات خورشیدی پیشرفته، سیلیس مسیر تحول صنعتی و انرژی پاک را هموار می‌کند. اهمیت خلوص و کیفیت آن در موفقیت طرح‌ها غیرقابل انکار است و سرمایه‌گذاری در فرآوری و بهره‌برداری بهینه از این منبع ارزشمند، می‌تواند اقتصاد کشور را متحول کند. به عبارتی، سیلیس نه تنها یک ماده معدنی است، بلکه پلی است به سوی آینده‌ای پایدار، هوشمند و پرانرژی که همه ما در انتظارش هستیم. اکنون زمان آن است که با دانش، فناوری و همت، این فرصت را به بهترین شکل ممکن به کار گیریم.

گزارش: آمنه فلاحتکار