  摘要 工业硅作为光伏产业的原料端，是重要的工业材料，硅料的释放也带动了工业硅的需求，工业硅上期货更是将其推上了风口浪尖。本文从基础知识为始，主要介绍了工业硅的制备流程。 一、工业硅简介 工业硅也称金属硅或结晶硅，是重要的工业材料，广泛应用于冶金、化工、机械、电器、航空、船舶、能源等领域。金属硅是由硅石和碳质还原剂在矿热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98%左右（近年来，含Si量99.99%的也列在金属硅内），其余杂质为铁、铝、钙等。因其用途不同而划分为多种规格，按照金属硅中铁、铝、钙的含量，可把金属硅分为553、441等不同的牌号。 表1工业硅牌号和化学成分
（注：4位数字依次分别表示产品中主要杂质元素铁、铝、钙的最高含量要求，其中铁含量和铝含量取小数点后的一位数字，钙含量取小数点后的两位数字。如4210#工业硅指的是铁含量<=0.4%，铝含量<=0.2%，钙含量<=0.1%） 工业硅主要用作冶金产品的合金剂、脱氧剂、还原剂及化工原料。工业硅的下游主要是多晶硅、铝合金和有机硅，分别占比为30.28%、26.82%和38.03%。 二、生产原料 冶炼工业硅的原料主要有硅石、碳质还原剂。由于对工业硅中铝、钙、铁含量限制严格，对原料的要求也特别严格。 表2 工业硅所用硅石标准
选择碳质还原剂的原则是：固定碳高，灰分低，化学活性好。通常是采用低灰分的石油焦和洗精煤作还原剂。之前在生产工艺中会配用灰分低，电阻率大和反应能力强的木炭代替部分石油焦，但木炭已经在逐步退出工业硅的生产，所以本文中也不考虑木炭对于工艺的影响，主要采用全焦全煤以及焦煤混合。 三、生产流程 将原料硅石经过洗选、筛分并干燥后,根据所用还原剂的种类,分别按不同的比例配料（在下文中会有详细配料计算过程）,用计算机程序控制各料比例,进行混匀，进入电炉内；自动化程度高和规模化的加料过程是连续进行的。在电极上通往电流,加热颅内的物料,其液相线在1410℃以上，炼制需要达到 1800 摄氏度以上的高温,硅在颅内被还原出来,并呈液态,通过出硅口放出并铸成硅锭,经过破碎、 包装成工业硅粉销售。 自电炉溢出的气体，经过除尘，回收其中的硅粉，得到微硅粉产品；微硅分为混凝土的掺和物可改善混凝土的多种性能；还可作为返回电炉的配合原料、用于橡胶的填料、防肥料结块剂、硅酸盐砖和耐火材料的原料、生产催化剂及其他用途。 在工业硅的生产中，硅所发生的还原式为： SiO2+2C═════Si+2CO (T=2073k) SiO2+C═══SiO+CO (副反应) 图 工业硅生产流程图
四、配料 （此种计算方法为众多方法中的一种计算方法，可能计算结果与其他方法有些许误差，仅供参考） （1）以获取1t工业硅为计算基准，假设硅石中SiO2含量为99%； （2）硅石中SiO2有85%还原进入产品，损失率约为15%，其中9%以SiO形式随炉气挥发，6%进入炉渣； （3）还原剂损耗均按照15%计算；碳电极损耗为10% （4）硅石中所含其余杂质氧化还原所消耗的碳量忽略不计； （5）石油焦的固定碳含量为80%，洗精煤的固定碳含量为60%，电极含固定碳99.5%； （6）由于木炭所用比例在逐步下降，故本次不考虑木炭对于工艺的影响。只考虑焦煤混合（1:1混合）；全焦；全煤三种情况。 （7）制备1t工业硅消耗电极100kg 计算： SiO2+2C═════Si+2CO (T=2073k) SiO2+C═══SiO+CO (副反应) 获得1t工业硅所需的硅石为： 1000÷28×60÷85%÷99%=2546（kg） 获得1t工业硅所需的固定碳含量为： 860+76=936（kg） ①2546×99%×85%÷60×2×12=860（kg） ②2546×99%×15%÷60×12=76（kg） 制备1t工业硅，碳电极提供固定碳量为：100×99.5%×90%=90（kg） 需要焦煤所提供的固定碳含量为：936-90=846（kg） 假设还原剂全为石油焦,所需石油焦为：846÷80%÷85%=1244（kg） 假设还原剂全为洗精煤,所需洗精煤为：846÷60%÷85%=1659（kg） 假设还原剂为焦煤混合： 则所需石油焦为：423÷80%÷85%=622（kg） 则所需洗精煤为：423÷60%÷85%=829（kg） 工业硅的配料结果为：制备1t工业硅，所需硅石2546kg，所需电极100kg，全焦则需要石油焦1244kg，全煤则需要煤1659kg，焦煤混合则需要石油焦622kg，洗精煤829kg。 （注：该计算背景对技术要求尚高，目前国内每生产1t工业硅所消耗的还原剂在1.6-2.0t之间，与文中所消耗1.2-1.6t之间还有大约400kg的差距，未来技术提升缩减成本应该是企业发展方向之一） END 监制：王新春 审核：王永亮 来源：百川盈孚 编辑：梁戈辉 |
|
|
