“金属硅”，又称结晶硅或工业硅，是上世纪六十年代中期出现的一个商品名称。它的出现与半导体行业的兴起有关。国际通用作法是把商品硅分成金属硅和半导体硅。金属硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，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，其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。据统计，1985年全世界共消耗金属硅约50万吨，其中用于铝合金的金属硅约占60%，用于有机硅的不足30%，用于半导体的约占3%，其余用于钢铁冶炼及精密陶瓷等。

金属硅的性质

硅是半金属之一,旧称“矽”。熔点为1420℃，密度为2.34克每立方厘米。质硬而脆。在常温下不溶于酸，易溶于碱。金属硅的性质与锗、铅、锡相近，具有半导体性质。硅在地壳中资源极为丰富，仅次于氧，占地壳总重的四分之一还多，以二氧化硅或硅酸盐形式存在。最纯的硅矿物是石英或硅石。硅有两种同素异形体：一种为暗棕色无定形粉末，性质活泼，在空气中能燃烧；另一种为性质稳定的晶体（晶态硅）。一般硅石和石英用于玻璃和其它建材，优质的石英用于制作合金、金属和单晶。

金属硅的分类

金属硅的分类通常按金属硅成分所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。按照金属硅中铁、铝、钙的含量，可把金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。
工业上，金属硅通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。这样制得的硅纯度为97~98%，叫做金属硅。再将它融化后重结晶，用酸除去杂质，得到纯度为99.7~99.8%的金属硅。金属硅成分主要是硅，因此和硅具有相类似的性质。

金属硅的用途

硅大量用于冶炼成硅铁合金作钢铁工业中合金元素，在很多种金属冶炼中作还原剂。硅还是铝合金中的良好组元，绝大多数铸造铝合金都含有硅。硅是电子工业超纯硅的原料，超纯半导体单晶硅做的电子器件具有体积小、重量轻、可靠性好和寿命长等优点。掺有特定微量杂质的硅单晶制成的大功率晶体管、整流器及太阳能电池，比用锗单晶制成的好。此外，碳化硅可作磨料，高纯氧化硅制作的石英管是高纯金属冶炼及照明灯具的重要材料。微孔硅钙保温材料微孔硅钙保温材料是一种优良的保温材料。它具有热容量小、机械强度高、导热系数低、不燃烧、无毒无味、可切割、运输方便等特点，可广泛用于冶金、电力、化工、船舶等各种热力设备及管道上。特种硅钙材料可用作催化剂载体，在石油炼制、汽车尾气净化等多方面广泛应用。

金属硅的冶炼工艺

金属硅冶炼属于高耗能生产，我国的金属硅生产已由来已久，随着国家能源政策的收紧和节能减排的开展，以及对新能源的提倡，金属硅冶炼已经成为初级的产品和工艺，很多国内新兴的能源企业建设了金属硅，多晶硅，单晶硅，太阳能电池等一系列的循环产业链条，未来几年势必会影响我国整个能源领域的发展和新能源的应用。

下面是金属硅的冶炼工艺及流程：
1、 生产化学工业用硅的必要性
我国生产的金属硅（硅含量主要是98.5%），原来主要是冶金用硅，化学用金属硅（硅含量主要是99.85%）的生产主要是从90年代中期以来有所发展，我国化学用硅的产量和出口量增长较快?；в霉枋侵赣糜谟谢韬投嗑Ч枭慕鹗艄琛４邮澜绶段Ю纯矗苯鹩霉璧南蚜慷嘤诨в霉璧南蚜?，但随着科学技术的不断发展，化学用硅用于有机硅和半导体生产等领域不断拓宽，广泛用于生产有机硅单体和聚合物硅油，硅橡胶、硅树脂建筑物防腐、防水剂等，它们具有耐高温、电绝缘、耐辐射、防水等独特性能。用于电气、航空、机械、化工、医药、国防、建筑等部门。作为集成电路核心的电子元器件，95%以上是用半导体硅制成的，半导体是当代信息工业的支柱?！靶畔⒏咚俟贰敝写罅坑τ玫墓庀说缋轮械墓庀?，也是以金属硅为原料生产的?；в霉枳魑咝录际趿煊蚝椭匾〔档玫焦惴河τ?，其消费量是趋于稳定增长的。
2、化学用硅生产原料在化学用硅生产上，原料是实现良好作业的先决条件。用石英的岩石作生产化学金属硅的原料，低灰分的含碳材料作还原剂。电炉法生产化学用硅的原料主要有硅石和碳素原料。对原料要求具有必要的纯度，有良好的反应能力，以便达到产品的规格；还原剂具有不同的反应能力，以便能与石英石发生充分反应；炉料具有不同的成分，并且既有不同的粒度，以便通过适当的配合，使炉料电炉发生良好的影响。
2.1、氧化硅矿物冶炼金属硅的过程是无渣过程，化学硅冶炼对硅石的选用较严格，不仅杂质含量要少，还要求有高的机械强度、足够的热稳定性，适宜的粒度组成?；в霉枞哿蹲詈貌捎霉枋?。对化学用硅冶炼所用的含氧化硅矿物的化学组成要求严格，所用硅石在熔炼前必须进行水洗，表面清洁。入炉的硅石要求有一定的粒度。硅石的粒度是冶炼的一个重要工艺因素。硅石适宜粒度受硅石种类、电炉、容量、操作状况以及还原剂的种类和粒度等多种因素影响，要根据具体的冶炼条件来决定。
2.2碳质还原剂化学硅冶炼所用的主要还原剂有石油焦、烟煤、木炭。为增大炉料的电阻率，增加化学活性，也有搭配气煤焦，硅石焦、蓝炭、半焦、低温焦、木块的。在碳质还原剂化学成分中，主要应考虑固定碳、灰分、挥发分和水分。
2.3电极电极是化学用硅生产中主要的消耗材料之一。化学用硅冶炼用电极，一般采用石墨电极和碳素电极，国内主要采用石墨电极。在硅冶炼炉中，电极就是心脏，是导电系统的重要组成部分。电流是通过电极输入炉内产生电弧，用于化学硅冶炼。石墨电极的灰分含量低，导电性、耐热性和耐腐蚀性能都比较好，是化学用硅冶炼的最佳选择。
3、化学工业用硅的冶炼工艺
化学用硅的工艺流程包括炉料准备，电炉熔炼，硅的精制和浇铸，除去熔渣夹杂而进行的破碎。在炉料配制之前，所有原料都要进行必要的处理。生产化学用硅用的木块和木片是用截材机和木片削片机加工的。炉料中碳质还原剂主要以石油焦和烟煤为主，木块和木片的用量要视炉况来决定。生产中不用木质，反而产品质量还更稳定。炉料的配比根据要求所生产的产品级别来定?；Ч枭橇欢辖械摹Ｂ诘淖纯鲆膊皇怯篮悴槐涞?。化学硅生产在电炉内是以电能转换成热能，然后再用热能直接加热物料而产生化学反应的过程。
4、电炉操作化学硅熔炼是在埋弧状态下进行的。为生产出恒定均质的金属硅，在熔炼过程中，需要实行最佳的炉子操作。热量主要来源电能。
4.1加料和捣炉要想使硅的熔炼炉达到优质高产的目的，除了要求良好的电炉参数，精良的原料，合理的配比之外，操作方法的好坏是十分重要的因素。合理的加料方法对料层结构，电极在炉内的稳定性和热能的充分利用，起着主导的作用。
4.2闭弧操作
闭弧操作是将电极适当地埋入炉料中，以半熔融炉料为阻抗体，在电极和熔融炉料之间产生电弧。要想做到闭弧操作，首先就要考虑投料方法。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闭弧操作?；Ч枭校颐遣捎梅执瓮读戏?，料层结构稳定，电耗低，炉龄长。炉子无论大小，只要采取适当措施，都可以做到闭弧操作，获得理想的生产效果。
4.3配电技术电弧炉是用电弧发生的热来进行加热的装置。在化学硅冶炼过程中，物理化学变化与电气制度有着紧密的联系。配电操作的好坏，对冶炼效率有十分重要的影响。电弧主要存在电末端，空腔受电弧冲击推力的作用，把物料腿开，形成灯泡形。熔炼过程中，电炉电气参数的控制是由配电工作完成的。一般情况下就是控制电极的埋入深度。电流电压的比值，是炉前操作的重要因素。生产中，只有找到适当的电流电压比时，工作电流稳定，物料均衡和电极即使升降，才能取得最好的生产成果。调整工作电压是调整炉子的生产率的重要手段。

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