化學工業用硅的冶煉工藝
1、化學用硅的工藝流程包括爐料準備，電爐熔煉，硅的精制和澆鑄，除去熔渣夾雜而進行的破碎。在爐料配制之前，所有原料都要進行必要的處理。硅石在顎式破碎機中破碎到塊度不大于100mm，篩出小于5mm的碎塊,并用水沖洗潔凈。因為熔爐中碎塊在爐膛上部熔融，從而降低了爐料的透氣性，使生產過程難以進行。石油焦有較高的導電系數，要破碎到塊度不大于10mm，又要控制石油焦的粉末量。因其在爐膛口上直接燃燒，會造成還原劑不足。

2、化學用硅生產中，煙煤完全可以取代木炭，如湖南株洲精洗煙煤，固定炭達77.19%，揮發分為19.4%，灰分含量3.41%，Fe2O3含量0.22%，Al2O3含量0.99%，CaO含量0.17%。經生產實踐，采用此種煙煤冶煉化學用硅是可行的。

3、生產化學用硅用的木塊和木片是用截材機和木片削片機加工的。爐料中碳質還原劑主要以石油焦和煙煤為主，木塊和木片的用量要視爐況來決定。生產中不用木質，反而產品質量還更穩定。爐料的配比根據要求所生產的產品級別來定。石油焦和煙煤的配比按每批礦硅需要的碳量來確定。石油焦和煙煤的比例對爐料的工作電阻影響較大。
4、爐料各組分經稱量后，將爐料混合均勻，待搗爐后，將混合均勻的爐料集中加入爐內。保持一定的料面高度，加料均勻。
5、化學硅生產是連續不斷進行的。爐內的狀況也不是永恒不變的。化學硅生產在電爐內是以電能轉換成熱能，然后再用熱能直接加熱物料而產生化學反應的過程。所以爐內的電氣特性是非常重要的，熔煉實行閉弧操作，保持高溫爐，提高熱效率，提高電爐利用率，在研究中使用容量為3200KVA和6300KVA金屬硅爐各一臺。熔煉采用一定時間的燜燒和定期集中加料的操作方法進行。正常情況下爐料難以自動下沉，一般需強制沉料。爐況容易波動，較難控制。因此，在生產中必須正確判斷，及時處理。每4小時出一次爐，進行精練澆鑄，破碎挑渣整理入庫。

一、概述/金屬硅?
金屬硅又稱結晶硅或工業硅，其主要用途是作為非鐵基合金的添加劑，是二十世紀六十年代中期出現的一個商品名稱。它的出現與半導體行業的興起有關。目前，國際用作法是把商品硅分成金屬硅和半導體硅。金屬硅是由石英和焦炭在電熱爐內冶煉成的產品，主成分硅元素的含量在98%左右，其余雜質為鐵、鋁、鈣等。金屬硅價格昂貴。[2]?工業上，金屬硅通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。?化學反應方程式：?SiO2?+?2C?→?Si?+?2CO?這樣制得的金屬硅純度為97~98%。再將它融化后重結晶，用酸除去雜質，得到純度為99.7~99.8%的金屬硅。[3]
二、性質/金屬硅?
硅是半金屬之一,舊稱“矽”。熔點為1420℃，密度為2.34克/厘米3。質硬而脆。在常溫下不溶于酸，易溶于堿。金屬硅成分主要是硅，因此和硅具有相類似的性質。金屬硅的性質與鍺、鉛、錫相近，具有半導體性質。[3]?硅在地殼中資源極為豐富，僅次于氧，占地殼總重的四分之一還強，以二氧化硅或硅酸鹽形式存在。最純的硅礦物是石英或硅石。硅有兩種同素異形體：一種為暗棕色無定形粉末，性質活潑，在空氣中能燃燒；另一種為性質穩定的晶體（晶態硅）。一般硅石和石英用于玻璃和其它建材，優質的石英用于制作合金、金屬和單晶。
三、分類/金屬硅?
1、金屬硅的分類通常按金屬硅成分所含的鐵、鋁、鈣三種主要雜質的含量來分類。按照金屬硅中鐵、鋁、鈣的含量，可把金屬硅分為553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌號。
2、工業上，金屬硅通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。?化學反應方程式：?SiO2?+?2C?→?Si?+?2CO?這樣制得的硅純度為97~98%，叫做金屬硅。再將它融化后重結晶，用酸除去雜質，得到純度為99.7~99.8%的金屬硅。
3、金屬硅成分主要是硅，因此和硅具有相類似的性質。硅有無定形硅和晶形硅兩種同素異形體。無定形硅是灰黑色粉末，實際上也是一種微晶體。晶形硅具有金剛石的晶體結構和半導體性質?，?熔點?1410℃?，?沸點?2355℃?，密度2.32～2.34克/厘米3，莫氏硬度?7，性脆?。無定形硅化學性質活潑，在氧氣中能劇烈燃燒。它在高溫下與鹵素、氮、碳等非金屬發生反應，也能與鎂、鈣、鐵等金屬作用，生成硅化物。無定形硅幾乎不溶于包括氫氟酸在內的所有無機酸和有機酸，但能溶于硝酸與氫氟酸的混合酸。濃氫氧化鈉溶液能溶解無定形硅，放出氫氣。晶形硅比較不活潑，即使在高溫下也不與氧氣化合，它也不溶于任何一種無機酸和有機酸，但可溶于硝酸和氫氟酸的混合酸以及濃氫氧化鈉溶液。
四、附加產品/金屬硅
包括硅微粉，邊皮硅，黑皮硅，金屬硅渣等。其中硅微粉也稱硅粉、微硅粉或硅灰，它廣泛應用于耐火材料和混凝土行業。
五、用途/金屬硅?
金屬硅要用于生產有機硅、制取高純度的半導體材料以及配制有特殊用途的合金等。
（1）生產硅橡膠、硅樹脂、硅油等有機硅。
硅橡膠彈性好，耐高溫，用于制作醫療用品、耐高溫墊圈等。
硅樹脂用于生產絕緣漆、高溫涂料等。
硅油是一種油狀物，其粘度受溫度的影響很小，用于生產高級潤滑劑、上光劑、流體彈簧、介電液體等，還可加工成無色透明的液體，作為高級防水劑噴涂在建筑物表面。
（2）制造高純半導體。
現代化大型集成電路幾乎都是用高純度金屬硅制成的，而且高純度金屬硅還是生產光纖的主要原料，可以說金屬硅已成為信息時代的基礎支柱產業。
（3）配制合金。
硅鋁合金是用量最大的硅合金。硅鋁合金是一種強復合脫氧劑，在煉鋼過程中代替純鋁可提高脫氧劑利用率，并可凈化鋼液，提高鋼材質量。硅鋁合金密度小，熱膨脹系數低，鑄造性能和抗磨性能好，用其鑄造的合金鑄件具有很高的抗擊沖擊能力和很好的高壓致密性，可大大提高使用壽命，常用其生產航天飛行器和汽車零部件。
硅銅合金具有良好的焊接性能，且在受到沖擊時不易產生火花，具有防爆功能，可用于制作儲罐。
鋼中加入硅制成硅鋼片，能大大改善鋼的導磁性，降低磁滯和渦流損失，可用其制造變壓器和電機的鐵芯，提高變壓器和電機的性能。

隨著科學技術的發展，金屬硅的應用領域還將進一步擴大。

參考資料
互動百科：%E9%87%91%E5%B1%9E%E7%A1%85

標簽：金屬硅冶煉工藝