“金屬硅”，又稱結晶硅或工業硅，是上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。國際通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（含硅量99.99%的也包含在金屬硅內），其余雜質為鐵、鋁、鈣等。因其用途不同而劃分為多種規格，其主要用途是作為非鐵基合金的添加劑。據統計，1985年全世界共消耗金屬硅約50萬噸，其中用于鋁合金的金屬硅約占60%，用于有機硅的不足30%，用于半導體的約占3%，其余用于鋼鐵冶煉及精密陶瓷等。

金屬硅的性質

硅是半金屬之一,舊稱“矽”。熔點為1420℃，密度為2.34克每立方厘米。質硬而脆。在常溫下不溶于酸，易溶于堿。金屬硅的性質與鍺、鉛、錫相近，具有半導體性質。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多，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。

金屬硅的分類

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。
工業上，金屬硅通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。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。金屬硅成分主要是硅，因此和硅具有相類似的性質。

金屬硅的用途

硅大量用于冶煉成硅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。硅還是鋁合金中的良好組元，絕大多數鑄造鋁合金都含有硅。硅是電子工業超純硅的原料，超純半導體單晶硅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硅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。此外，碳化硅可作磨料，高純氧化硅制作的石英管是高純金屬冶煉及照明燈具的重要材料。微孔硅鈣保溫材料微孔硅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，可廣泛用于冶金、電力、化工、船舶等各種熱力設備及管道上。特種硅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面廣泛應用。

金屬硅的冶煉工藝

金屬硅冶煉屬于高耗能生產，我國的金屬硅生產已由來已久，隨著國家能源政策的收緊和節能減排的開展，以及對新能源的提倡，金屬硅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了金屬硅，多晶硅，單晶硅，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。

下面是金屬硅的冶煉工藝及流程：
1、 生產化學工業用硅的必要性
我國生產的金屬硅（硅含量主要是98.5%），原來主要是冶金用硅，化學用金屬硅（硅含量主要是99.85%）的生產主要是從90年代中期以來有所發展，我國化學用硅的產量和出口量增長較快。化學用硅是指用于有機硅和多晶硅生產的金屬硅。從世界范圍來看，冶金用硅的消費量多于化學用硅的消費量，但隨著科學技術的不斷發展，化學用硅用于有機硅和半導體生產等領域不斷拓寬，廣泛用于生產有機硅單體和聚合物硅油，硅橡膠、硅樹脂建筑物防腐、防水劑等，它們具有耐高溫、電絕緣、耐輻射、防水等獨特性能。用于電氣、航空、機械、化工、醫藥、國防、建筑等部門。作為集成電路核心的電子元器件，95%以上是用半導體硅制成的，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，也是以金屬硅為原料生產的。化學用硅作為高新技術領域和重要基礎產業得到廣泛應用，其消費量是趨于穩定增長的。
2、化學用硅生產原料在化學用硅生產上，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硅的原料，低灰分的含碳材料作還原劑。電爐法生產化學用硅的原料主要有硅石和碳素原料。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，并且既有不同的粒度，以便通過適當的配合，使爐料電爐發生良好的影響。
2.1、氧化硅礦物冶煉金屬硅的過程是無渣過程，化學硅冶煉對硅石的選用較嚴格，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。化學用硅熔煉最好采用硅石。對化學用硅冶煉所用的含氧化硅礦物的化學組成要求嚴格，所用硅石在熔煉前必須進行水洗，表面清潔。入爐的硅石要求有一定的粒度。硅石的粒度是冶煉的一個重要工藝因素。硅石適宜粒度受硅石種類、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。
2.2碳質還原劑化學硅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，硅石焦、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。
2.3電極電極是化學用硅生產中主要的消耗材料之一。化學用硅冶煉用電極，一般采用石墨電極和碳素電極，國內主要采用石墨電極。在硅冶煉爐中，電極就是心臟，是導電系統的重要組成部分。電流是通過電極輸入爐內產生電弧，用于化學硅冶煉。石墨電極的灰分含量低，導電性、耐熱性和耐腐蝕性能都比較好，是化學用硅冶煉的最佳選擇。
3、化學工業用硅的冶煉工藝
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。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。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。
4、電爐操作化學硅熔煉是在埋弧狀態下進行的。為生產出恒定均質的金屬硅，在熔煉過程中，需要實行最佳的爐子操作。熱量主要來源電能。
4.1加料和搗爐要想使硅的熔煉爐達到優質高產的目的，除了要求良好的電爐參數，精良的原料，合理的配比之外，操作方法的好壞是十分重要的因素。合理的加料方法對料層結構，電極在爐內的穩定性和熱能的充分利用，起著主導的作用。
4.2閉弧操作
閉弧操作是將電極適當地埋入爐料中，以半熔融爐料為阻抗體，在電極和熔融爐料之間產生電弧。要想做到閉弧操作，首先就要考慮投料方法。投料方法有一次投料法、分次投料法、多次投料法。除一次投料法是明弧操作外，其他方法都可以做到閉弧操作。化學硅生產中，我們采用分次投料法，料層結構穩定，電耗低，爐齡長。爐子無論大小，只要采取適當措施，都可以做到閉弧操作，獲得理想的生產效果。
4.3配電技術電弧爐是用電弧發生的熱來進行加熱的裝置。在化學硅冶煉過程中，物理化學變化與電氣制度有著緊密的聯系。配電操作的好壞，對冶煉效率有十分重要的影響。電弧主要存在電末端，空腔受電弧沖擊推力的作用，把物料腿開，形成燈泡形。熔煉過程中，電爐電氣參數的控制是由配電工作完成的。一般情況下就是控制電極的埋入深度。電流電壓的比值，是爐前操作的重要因素。生產中，只有找到適當的電流電壓比時，工作電流穩定，物料均衡和電極即使升降，才能取得最好的生產成果。調整工作電壓是調整爐子的生產率的重要手段。

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