中國(guó)粉體網(wǎng)訊 工業(yè)硅作為有機(jī)硅、光伏、硅合金等領(lǐng)域的核心原材料，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(guò)料層逸出。同時(shí)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(jí)后得到成品。
生產(chǎn)工藝
從生產(chǎn)工藝的角度來(lái)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(huì)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(lái)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(duì)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(duì)于生產(chǎn)優(yōu)級(jí)工業(yè)硅的硅石，其氧化物雜質(zhì)含量應(yīng)達(dá)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(duì)氧化物雜質(zhì)的控制更嚴(yán)格，F(xiàn)e2O3小于0.1%，Al2O3小于0.15%，CaO小于0.10%，并對(duì)硅石中硼(B)磷(P)還有嚴(yán)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(huì)因?yàn)槭軣岷芸炱屏亚冶砻嫜杆賱兟�，�?dǎo)致電爐透氣性變差，電爐上部爐料粘結(jié)，熱量損失增大，電耗升高，因此選用時(shí)要考慮此現(xiàn)象。
硅石的粒度：粒度過(guò)小，使得爐料透氣性差，粒度過(guò)大未反應(yīng)的硅石沉入爐底或進(jìn)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(guó)工業(yè)硅生產(chǎn)現(xiàn)狀呈現(xiàn)多方面特點(diǎn)。產(chǎn)量方面，2024年新疆的產(chǎn)能占全國(guó)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(jié)構(gòu)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(chǎng)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(chǎng)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(yīng)受限、成本上升而漸受青睞，低硫低灰分煤雖有優(yōu)勢(shì)，但高結(jié)焦性和高揮發(fā)分帶來(lái)料面透氣性差等問(wèn)題，需調(diào)整原料配比和爐體參數(shù)，已有項(xiàng)目成功應(yīng)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(dòng)化程度低，眾多流程依賴(lài)人力，隨著工廠(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，低效率、高成本問(wèn)題凸顯。環(huán)保措施簡(jiǎn)陋，多數(shù)廠(chǎng)家采用正壓布袋除塵，缺乏脫硫脫硝設(shè)施，澆鑄收塵困難，污染物排放不達(dá)標(biāo)，行業(yè)面臨整頓與技術(shù)革新。用水方面，以往采用新水開(kāi)式循環(huán)，水耗高、易結(jié)垢，生產(chǎn)廢水外排，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，在缺水地區(qū)問(wèn)題更突出。
先進(jìn)技術(shù)
大型礦熱爐關(guān)鍵技術(shù)
大型礦熱爐爐體可采用自動(dòng)旋轉(zhuǎn)式半封閉結(jié)構(gòu)。爐體旋轉(zhuǎn)使?fàn)t料均勻，擴(kuò)大反應(yīng)區(qū)，降低原料消耗和搗爐勞動(dòng)強(qiáng)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(wèn)題。
旋轉(zhuǎn)布料技術(shù)
與傳統(tǒng)布料工藝相比，使用旋轉(zhuǎn)布料器后，簡(jiǎn)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(shí)，爐內(nèi)大范圍冒火現(xiàn)象明顯改善，設(shè)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(qiáng)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(shí)不用打開(kāi)爐門(mén)，減少了搗爐機(jī)作業(yè)，改善了爐前生產(chǎn)條件。
出硅口自動(dòng)開(kāi)爐眼技術(shù)
部分廠(chǎng)家采用自動(dòng)開(kāi)爐眼機(jī)器人，由操作人員遙控進(jìn)行工序微調(diào)，控制系統(tǒng)具備故障檢測(cè)等功能。自動(dòng)開(kāi)眼使?fàn)t眼更規(guī)則，出硅更流暢，降低跑眼幾率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，避免人員燙傷。
負(fù)壓除塵與脫硫脫硝耦合冶煉煙氣治理技術(shù)
“全煤冶煉”工藝產(chǎn)生的煙氣需凈化處理，負(fù)壓系統(tǒng)配合除塵可實(shí)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(fù)壓布袋除塵+SCR中低溫催化脫硝工藝”。
定點(diǎn)澆鑄+移動(dòng)錠模+集中除塵集成技術(shù)
通過(guò)自行走澆鑄車(chē)定點(diǎn)澆鑄，移動(dòng)錠模承接液態(tài)硅，配合集中除塵，解決澆鑄過(guò)程中難以收塵的問(wèn)題。
軟水閉式循環(huán)+廢水處理回用技術(shù)
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(bǔ)水量極少。工業(yè)硅生產(chǎn)廢水分類(lèi)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(chǎng)區(qū)清潔、綠化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廢水近零排放，循環(huán)利用率超95%。
小結(jié)
作為光伏產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的支撐原料，工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)具有不可撼動(dòng)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(shù)落后、環(huán)保措施簡(jiǎn)陋、能耗居高，亟待進(jìn)行技術(shù)改造和革新。未來(lái)新上的工業(yè)硅項(xiàng)目要積極響應(yīng)國(guó)家政策，走大型化、智能化、綠色低碳化發(fā)展之路。
參考來(lái)源：
徐龍.直流電弧爐工業(yè)硅冶煉過(guò)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(shì)
戴靜.當(dāng)前我國(guó)工業(yè)硅市場(chǎng)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/九思)
注:圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除!
