中國粉體網(wǎng)訊 工業(yè)硅作為有機硅、光伏、硅合金等領域的核心原材料，在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中具有重要地位。目前工業(yè)硅的生產(chǎn)是將硅石及碳基還原劑在電弧爐內(nèi)加熱，硅石被碳基還原劑還原生成工業(yè)硅液體和一氧化碳（CO）氣體，CO氣體通過料層逸出。同時在硅水包底部通入氧氣、空氣混合氣體，以除去鈣、鋁等其他雜質(zhì)。工業(yè)硅液體經(jīng)鑄錠、破碎、分級后得到成品。
生產(chǎn)工藝
從生產(chǎn)工藝的角度來看，根據(jù)碳質(zhì)還原劑的使用不同，工業(yè)硅的生產(chǎn)可以分為全煤工藝、半煤半焦工藝等。全煤工藝使用洗精煤作為碳質(zhì)還原劑，半煤半焦會使用木炭、煙煤、石油焦等作為還原劑。雖然木炭的還原性較好，但不環(huán)保，所以未來發(fā)展方向是以全煤為主。
工業(yè)硅生產(chǎn)工藝流程圖
工業(yè)硅對硅石原料的要求
硅石的潔凈度：雜質(zhì)含量越高，爐口料面明顯發(fā)粘，爐口透氣性不好，料面溫度升高且發(fā)紅，熱量損失大，從而電耗升高；因此硅石的精選和水洗是減少硅石帶入雜質(zhì)，節(jié)能降耗的主要措施之一。
據(jù)了解，對于生產(chǎn)優(yōu)級工業(yè)硅的硅石，其氧化物雜質(zhì)含量應達到Fe2O3小于0.15%，Al2O3小于0.20%，CaO小于0.15%。如果生產(chǎn)超優(yōu)質(zhì)工業(yè)硅，對氧化物雜質(zhì)的控制更嚴格，F(xiàn)e2O3小于0.1%，Al2O3小于0.15%，CaO小于0.10%，并對硅石中硼(B)磷(P)還有嚴格要求。
硅石的熱穩(wěn)定性和抗爆性：加入電爐的硅石要有足夠的熱穩(wěn)定和良好的抗爆性。否則會因為受熱很快破裂且表面迅速剝落，導致電爐透氣性變差，電爐上部爐料粘結，熱量損失增大，電耗升高，因此選用時要考慮此現(xiàn)象。
硅石的粒度：粒度過小，使得爐料透氣性差，粒度過大未反應的硅石沉入爐底或進入硅溶液中造成渣量增多，使得電耗升高，因此需要控制硅石的粒徑范圍在50-120mm。
生產(chǎn)現(xiàn)狀
我國工業(yè)硅生產(chǎn)現(xiàn)狀呈現(xiàn)多方面特點。產(chǎn)量方面，2024年新疆的產(chǎn)能占全國產(chǎn)能的37.66%，其次是云南和四川，產(chǎn)能分別占18.64%和13.38%，再者內(nèi)蒙古和甘肅也占據(jù)比較重要的比例，產(chǎn)能占比分別是6.65%和4.61%。
2024年工業(yè)硅產(chǎn)能地區(qū)分布圖（%）
爐型結構上，地域集中且中小爐型偏多，2021年底，擁有25000kVA及以上冶煉爐的硅廠較少，新疆、云南等地大爐數(shù)量有限，其他低產(chǎn)量地區(qū)多為配備小爐的小規(guī)模廠家，隨著行業(yè)發(fā)展，落后產(chǎn)能面臨淘汰與技改。
冶煉工藝上，“全煤冶煉”因木炭供應受限、成本上升而漸受青睞，低硫低灰分煤雖有優(yōu)勢，但高結焦性和高揮發(fā)分帶來料面透氣性差等問題，需調(diào)整原料配比和爐體參數(shù)，已有項目成功應用并降低成本、電耗，新上大爐型多傾向該工藝。
生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，自動化程度低，眾多流程依賴人力，隨著工廠規(guī)模擴大，低效率、高成本問題凸顯。環(huán)保措施簡陋，多數(shù)廠家采用正壓布袋除塵，缺乏脫硫脫硝設施，澆鑄收塵困難，污染物排放不達標，行業(yè)面臨整頓與技術革新。用水方面，以往采用新水開式循環(huán)，水耗高、易結垢，生產(chǎn)廢水外排，水資源浪費嚴重，在缺水地區(qū)問題更突出。
先進技術
大型礦熱爐關鍵技術
大型礦熱爐爐體可采用自動旋轉(zhuǎn)式半封閉結構。爐體旋轉(zhuǎn)使爐料均勻，擴大反應區(qū)，降低原料消耗和搗爐勞動強度；八邊形全不銹鋼拱形煙罩，便于電極檢修，提升微硅粉質(zhì)量；管式電爐短網(wǎng)與水冷電纜組合，降低溫度、減輕重量；壓力環(huán)式把持器與柱塞式座缸，保障電極直徑合理，克服電極升降不穩(wěn)定問題。
旋轉(zhuǎn)布料技術
與傳統(tǒng)布料工藝相比，使用旋轉(zhuǎn)布料器后，簡化了爐頂?shù)牟贾�，減少了料管的使用數(shù)量，節(jié)約了投資。同時，爐內(nèi)大范圍冒火現(xiàn)象明顯改善，設備能快速往需要布料的位置加料，爐殼溫度明顯降低，冷卻強度隨之下降，電耗降低，節(jié)約了電能，提高了產(chǎn)量。此外，使用布料器后，加料時不用打開爐門，減少了搗爐機作業(yè)，改善了爐前生產(chǎn)條件。
出硅口自動開爐眼技術
部分廠家采用自動開爐眼機器人，由操作人員遙控進行工序微調(diào)，控制系統(tǒng)具備故障檢測等功能。自動開眼使爐眼更規(guī)則，出硅更流暢，降低跑眼幾率，減輕勞動強度，避免人員燙傷。
負壓除塵與脫硫脫硝耦合冶煉煙氣治理技術
“全煤冶煉”工藝產(chǎn)生的煙氣需凈化處理，負壓系統(tǒng)配合除塵可實現(xiàn)有組織排放。目前主流治理工藝有多種，推薦“高活性氫氧化鈣干法脫硫+負壓布袋除塵+SCR中低溫催化脫硝工藝”。
定點澆鑄+移動錠模+集中除塵集成技術
通過自行走澆鑄車定點澆鑄，移動錠模承接液態(tài)硅，配合集中除塵，解決澆鑄過程中難以收塵的問題。
軟水閉式循環(huán)+廢水處理回用技術
電爐冷卻水采用軟水閉路有壓循環(huán)，空冷器冷卻，系統(tǒng)補水量極少。工業(yè)硅生產(chǎn)廢水分類處理，清凈廢水用于硅石沖洗，其他廢水處理后回用于濁環(huán)水系統(tǒng)或廠區(qū)清潔、綠化，實現(xiàn)生產(chǎn)廢水近零排放，循環(huán)利用率超95%。
小結
作為光伏產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)、半導體產(chǎn)業(yè)的支撐原料，工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)具有不可撼動的地位和廣闊的發(fā)展前景。而目前該行業(yè)普遍爐型偏小、工藝技術落后、環(huán)保措施簡陋、能耗居高，亟待進行技術改造和革新。未來新上的工業(yè)硅項目要積極響應國家政策，走大型化、智能化、綠色低碳化發(fā)展之路。
參考來源：
徐龍.直流電弧爐工業(yè)硅冶煉過程的傳熱特性研究
李秦燦等.工業(yè)硅行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
戴靜.當前我國工業(yè)硅市場現(xiàn)狀及發(fā)展前景
鄭紅梅等.工業(yè)硅生產(chǎn)工藝及節(jié)能探討
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思)
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