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）
来源：百川盈孚
通知
NOTICE
2024中国石英产业发展大会
10月18-20日 广西北海
主办单位：
建筑材料工业技术情报研究所
合浦县人民政府
承办单位：
中国非金属矿信息平台
《非金属矿开发与应用》编辑部
合浦县工业和信息化局
会议议题：
1、我国硅产业发展现状及趋势；
2、北海市硅产业发展现状及未来前景；
3、高纯石英气液包裹体特征、检测与去除；
4、高纯石英砂氯化焙烧技术研究及应用；
5、石英坩埚用高纯石英砂及其制造关键技术；
6、石英坩埚在光伏及半导体领域的应用与市场分析；
7、硅微粉在高性能电子电路基板领域的应用与发展趋势；
8、高纯石英材料在半导体领域的应用及市场需求；
9、石英砂在人造石英石行业的应用及市场分析；
10、高纯石英在光纤光缆领域的应用；
11、机制石英砂支撑剂的制备工艺与市场应用；
12、硅酸钙板制备工艺及对硅质原料的需求；
13、工业硅高效清洁生产技术及市场分析；
14、显示设备用高强度透明微晶玻璃的制备及对石英砂的技术要求；
15、我国光伏玻璃行业现状及对石英砂的需求分析；
16、药用玻璃产业及装备技术发展情况；
17、建筑节能玻璃行业发展现在及未来前景；
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