靈壽縣文傑礦產品加工廠  www.wenjieky.com 

 

矽大量用於冶煉成矽鐵合金作鋼鐵工業中合金元素，在很多種金屬冶煉中作還原劑。矽還是鋁合金中的良好組元，絕大多數鑄造鋁合金都含有矽。矽是電子工業超純矽的原料，超純半導體單晶矽做的電子器件具有體積小、重量輕、可靠性好和壽命長等優點。摻有特定微量雜質的矽單晶制成的大功率晶體管、整流器及太陽能電池，比用鍺單晶制成的好。非晶矽太陽能電池研究進展很快，轉換率達到瞭8%以上。矽鉬棒電熱元件最高使用溫度可達1700℃，具有電阻不易老化和良好的抗氧化性能。用矽生產的三氯氫矽，可配制幾百種矽樹脂潤滑劑和防水化合物等。此外，碳化矽可作磨料，高純氧化矽制作的石英管是高純金屬冶煉及照明燈具的重要材料。 八十年代的紙張——矽 人們稱矽為“八十年代的紙張”。這是因為紙張隻能記錄信息，而矽不僅能記載信息，還能對信息進行處理加工以獲得新的信息。1945年制造的世界上第一臺電子計算機，裝有18000個電子管、70000隻電阻、10000隻電容，整個機器重30噸，占地170平方米，相當於10間房子大小。而今天的電子計算機，由於技術的進步和材質的改善，在一個指甲蓋大小的矽片上，可以容納上萬個晶體管；並且有輸入、輸出、運算、存儲和控制信息等一系列功能。 微孔矽鈣保溫材料微孔矽鈣保溫材料是一種優良的保溫材料。它具有熱容量小、機械強度高、導熱系數低、不燃燒、無毒無味、可切割、運輸方便等特點，可廣泛用於冶金、電力、化工、船舶等各種熱力設備及管道上。經測試，節能效益優於石棉、水泥、蛭石和水泥珍珠巖等保溫材料。特種矽鈣材料可用作催化劑載體，在石油煉制、汽車尾氣凈化等多方麵廣泛應用。

金屬矽冶煉屬於高耗能生產，我國的金屬矽生產已由來已久，隨著國傢能源政策的收緊和節能減排的開展，以及對新能源的提倡，金屬矽冶煉已經成為初級的產品和工藝，很多國內新興的能源企業建設瞭金屬矽，多晶矽，單晶矽，太陽能電池等一系列的循環產業鏈條，未來幾年勢必會影響我國整個能源領域的發展和新能源的應用。

下麵介紹一下金屬矽的冶煉工藝及流程。

1、 生產化學工業用矽的必要性

我國生產的金屬矽（矽含量主要是98.5%），原來主要是冶金用矽，化學用金屬矽（矽含量主要是99.85%）的生產主要是從90年代中期以來有所發展，我國化學用矽的產量和出口量增長較快。1999年-2001年我國對日本出口的化學用矽已分別達到2.2萬噸、3萬噸、4萬噸，2001年我國對日本出口的化學用矽已占日本化學用矽進口量的40%以上。中國已開始加入化學用矽生產和供應國的行列，生產化學用矽的企業不斷增加。由於上海廣濟矽材料有限公司在2002年全麵公開瞭碳熱還原的冶煉工藝，致使中國在2002年到2004年之間，金屬矽的產能迅速從年產10萬噸，上升到120萬噸。結果導致發改委的全麵制裁，2006年，金屬矽的實際產量又回落到70萬噸。總個2006年，僅有上海廣濟矽材料有限公司大悟矽廠在新疆邊陲建設成功萬噸級金屬矽廠晶鑫廠。其他又新建矽廠。化學用矽是指用於有機矽和多晶矽生產的金屬矽。從世界范圍來看，冶金用矽的消費量多於化學用矽的消費量，但隨著科學技術的不斷發展，化學用矽用於有機矽和半導體生產等領域不斷拓寬，廣泛用於生產有機矽單體和聚合物矽油，矽橡膠、矽樹脂建築物防腐、防水劑等，它們具有耐高溫、電絕緣、耐輻射、防水等獨特性能。用於電氣、航空、機械、化工、醫藥、國防、建築等部門。作為集成電路核心的電子元器件，95%以上是用半導體矽制成的，半導體是當代信息工業的支柱。“信息高速公路”中大量應用的光纖電纜中的光纖，也是以金屬矽為原料生產的。美國和歐盟化學用矽的消費量已占金屬矽總消費量的一半以上。化學用矽作為高新技術領域和重要基礎產業得到廣泛應用，其消費量是趨於穩定增長的。在國際市場正常情況下，每噸化學用矽比冶金用矽售價高300-400美元。所以，無論從滿足出口和國內需求，還是從提高金屬矽企業經濟效益，提高產品質量，大力發展化學用矽生產都是必要的。

2、化學用矽生產原料在化學用矽生產上，原料是實現良好作業的先決條件。用石英的巖石作生產化學金屬矽的原料，低灰分的含碳材料作還原劑。電爐法生產化學用矽的原料主要有矽石和碳素原料。碳素原料又以石油焦為主，有優質的無煙煤或木炭，也可以摻用一部分，以增加爐料比電阻。對原料要求具有必要的純度，有良好的反應能力，以便達到產品的規格；還原劑具有不同的反應能力，以便能與石英石發生充分反應；爐料具有不同的成分，並且既有不同的粒度，以便通過適當的配合，使爐料電爐發生良好的影響。

2.1、氧化矽礦物冶煉金屬矽的過程是無渣過程，化學矽冶煉對矽石的選用較嚴格，不僅雜質含量要少，還要求有高的機械強度、足夠的熱穩定性，適宜的粒度組成。化學用矽熔煉最好采用矽石。天然形態的氧化矽或者是以獨立的石英礦物存在，或者是以幾乎全是由氧化矽積成的巖石—矽石，或矽石形態的砂巖存在。生產化學用矽的含有氧化矽礦物中的雜質和粘著物，在熔煉過程中有的完全被還原，有的部分被還原，有的以化合物形態進入產品矽中或生成熔渣。這樣不僅增大能量消耗，降低產品質量，還給熔煉過程造成困難。因此，對化學用矽冶煉所用的含氧化矽礦物的化學組成要求嚴格。要求SiO2大於99%，Fe2O3小於0.15%，Al2O3不大於0.2%，CaO不大於0.1%，雜質總和不大於0.6%。所用矽石在熔煉前必須進行水洗，表麵清潔。

入爐的矽石要求有一定的粒度。矽石的粒度是冶煉的一個重要工藝因素。矽石適宜粒度受矽石種類、電爐、容量、操作狀況以及還原劑的種類和粒度等多種因素影響，要根據具體的冶煉條件來決定。一般情況下，6300KVA三相電爐（1983年大悟矽廠建成），要求矽石粒度在8-100mm，3200KVA三相電爐，要求矽石粒度為8-80mm，而且中間粒度組成的比例要大些。粒度過大時，由於不能和搗爐粘料及反應速度相適應，易使未反應的矽石進入液體矽中，造成渣量增多，出爐困難，矽的回收率降低，能耗增大，甚至造成爐底上漲，影響正常生產。粒度過小，雖能增大還原劑的接觸表麵，有利於還原反應的進行，但反應過程中生產的氣體不能順利排出，又會減慢反應速度。粒度過小時。帶入的雜質又會增多，影響產品質量。生產中一般小於5mm 的矽石不宜采用。

2.2碳質還原劑化學矽冶煉所用的主要還原劑有石油焦、煙煤、木炭。為增大爐料的電阻率，增加化學活性，也有搭配氣煤焦，矽石焦、藍炭、半焦、低溫焦、木塊的。在碳質還原劑化學成分中，主要應考慮固定碳、灰分、揮發分和水分。一般要求固定碳要高，所需還原劑總量減少，從而灰分帶入的雜質少，渣量相應減少，電能消耗降低，化學矽中雜質含量降低。碳質還原劑的電阻率要大，氣孔率要高。爐料電阻率主要取決於碳質還原劑。碳質還原劑電阻率大，化學活性好，矽的回收率高。

石油焦是所用於金屬矽生產的還原劑中灰分最低的，含灰分0.17-0.6%，固定碳90-95%，揮發分不大於3.5%-13%。化學用矽冶煉采用石油焦做還原劑，這是因為它的灰分低，有利於提高產品質量。但由於石油焦電阻率小，反應性差，高溫下易石墨化，用量偏大時，導致爐況不好控制，造成爐料不燒結、刺火嚴重、電耗高、出爐困難。

木碳具有很高的比電阻和反應能力，而且雜質含量少，是熔煉工業化學用矽的較為理想的還原劑，但用不同的木材和不同的方法制得的木炭其性質也很不同。去皮木炭的灰分含量通常比帶皮木炭的灰分含量低二分之一至三分之一，樹皮對木炭中灰分的含量有很大的影響。木炭主要成分是碳，灰分較低，一般小於10%。電阻率較大，化學活性好。多年的生產實踐證明，木炭是滿足冶煉化學用矽需要的重要碳質原料，但炭的來源受到限制，無法再使用木炭還原劑。

從國外的情況看，絕大多數國傢已不再使用木炭。國內的很多廠傢在尋求和使用木炭代用品方麵也做瞭大量工作。實踐證明，在各種碳質還原劑中，從反應能力和比電阻的大小來看，煙煤是木炭之外的另一種較為理想的還原劑。

煙煤的特點是電阻大，反應能力強，低灰分煙煤是經過洗選獲得的。灰分含量可達3%左右，Fe2O3含量達0.2-0.3%，Al2O3含量小於1%。我國還原劑煙煤的灰分含量多在3%以上，而國外還原劑煙煤的灰分的含量多在1%左右，蘇聯采用的化學法精選煙煤，能得到氧化鐵含量低於0.1%的精煤。煙煤代木炭的冶煉工藝的專利由上海廣濟矽材料有限公司和鄂爾多斯電力冶煉股份有限公司共同擁有。木塊的作用在於增加料層的電阻，用量的大小都對爐況產生影響。木塊用量過大，料層疏松、爐況變壞，電耗上升，木塊由於著火點、含碳量都低，實際作還原劑微乎其微。

碳素原料中的雜質主要是灰分，全部由氧化物組成。在化學生產中，灰分中的氧化物也要被還原，既要消耗電能，又要消耗碳素，而且被還原的雜質仍然混入矽液中，降低瞭矽的強度。在生產實踐中，爐料中每增加1%的灰分，就多耗電能100度-120度，因此，要求碳素原料中的灰分含量愈少愈好。