金属硅产品技术工艺研发动态与发展趋势分析

第一节 国内金属硅产品技术工艺研发动态

工业硅电炉的烟气治理，目前各级政府高度重视，各厂家急需解决的首要问题。一谈到烟气治理，大家就想到先进的治理技术和投资，如何去治理的问题。根据多年的生产实践经验证明，烟气量产生的大小与厂家的技术和管理关系很大。生产技术稳定、管理先进的企业，产品质量高，消耗低，除尘效果好，排放达标。技术管理差的企业，产品质量差，消耗高，污染严重。在生产过程中，除设备结构影响外，生产操作技术的控制直接影响电炉烟气量的大小。目前研究回收一吨硅微粉价值的人多，研究在炉内变成一吨硅价值多少的人少。要解决工业硅厂家的经济技术问题，彻底治理烟气，提高经济社会效率，其措施是：

1、减少烟气量，提高生产操作技术水平。操作技术不当是造成烟气量增大的主要原因。大多厂家存在的问题是电炉结构参数不匹配，高电压、高产量、超负荷错误用电造成了严重刺火，配比不严格，冶炼方法不当造成严重的刺火。工业硅熔炼是在电炉埋弧状态下连续进行的。操作中要做到闭弧操作，适时加料和捣炉，调整炉料电阻和电流电压的比值。闭弧操作的优点是：炉内料层结构能形成一个完整的体系，炉料依次下沉；弧光不外露，保持高炉温；电极消耗平衡稳定，避免发生电极折断；料面温度较低，提高电炉设备的利用率；粉尘量较少，可使电炉操作有一个较好的环境。无论电炉容量大小，都能做到闭弧操作，这是减少烟气量，提高硅回收率，降低消耗，解决操作和烟尘净化之间恶性循环的重要措施。

2、烟气净化设备的选择。熔炼一吨工业硅约产生2000－2600M³的烟气，经炉口燃烧后混入大量冷空气，硅微粉在空气中停留时间长，不易沉降，比电阻大，硅粉带油性，粘度随温度的增高而增大。因此，要净化收集硅微粉，就要必须对烟气进行二次燃烧降温和预除尘等一系列处理。6300KVA电炉的二次燃烧室选择25－30M³；预除尘器采用二级旋风除尘器；热交换器采用循环给水控制；风机功率选用180－250KVA；除尘器采用正压大布袋除尘器，设备根据实际情况，大多采用非标准件。

3、净化原理。采用火花捕集装置进行充分燃烧，将未燃尽带有火花的炭粒收集下来，消除了火花烧坏滤袋的可能性，在旋风除尘器中将一些粗大颗粒分离出来，减少粉尘量；通过热交换器进行降温，降低硅尘粘度，然后用风机送入袋式除尘器，硅尘在布袋内过滤，滤后的纯净气体排空。

第二节 国外金属硅产品技术工艺研发动态

一、美国

美国环球特种金属公司在保山建多晶硅生产线：

保山市政府与美国环球特种金属公司、昌宁盛吉硅业有限公司签署了在保山市投资建设10万吨金属硅和5000吨太阳能级多晶硅生产项目的合作协议。

据介绍，美国环球特种金属公司是全球最大的金属硅和硅系合金的生产商之一。昌宁县盛吉硅业有限责任公司成立于2004年，现已建成投产8000千伏安金属硅冶炼炉两台。该项目由美国公司和昌宁公司合资建设，投资规模11亿元人民币，一期工程从签订协议开始至2009年7月底前建成5万吨金属硅和2000吨多晶硅生产线；二期工程至2010年12月底前完成，最终达到年产10万吨金属硅和5000吨多晶硅的生产规模。

二、日本

Ferroatlantica公司重启最后一台金属硅冶炼炉：

西班牙Ferroatlantica公司已经重启了位于南非的第三台也就是最后一台金属硅冶炼炉。

该公司主要生产化学级的金属硅以及部分铝产品，市场主要集中在欧洲、日本、美国还有南非，特别是在巴西，钢铁市场发展非常迅速。另外，据消息称该公司新建的冶炼炉有望能够生产硅铁。

第三节 2007-2010年国内外金属硅技术工艺研发成果回顾

1、山东华昊硅业科技有限公司拥有两项国家专利

山东华昊硅业科技有限公司拥有两项国家专利（超细高纯二氧化硅生产方法；沸腾式气流粉碎分级装置）、一项省级科技成果。是专业生产高纯金属硅粉的高新技术企业。公司设备精良,工艺技术先进,运用自己的科研成果,生产的“华昊”牌系列硅粉具有纯度高、质量稳定、性能优越等特点。

2、我国冶炼法提纯太阳能级别多晶硅技术成功应用产出99.9999%硅材料

传统的工业硅冶炼工艺是：在三电极的矿热炉中，石英石、木炭（或者替代物）、石油焦、木块经受低电压大电流的电弧光的闷烧下，碳热还原反应，二氧化碳排向空中，硅单原子液体流入硅水包。工业硅中硅原子纯度大多在98%。

半导体所需的晶圆，是通过西门子法CVD工艺，提纯工业硅为半导体多晶硅材料，再经过CZ工艺产生单晶。太阳能多晶硅材料，在PV行业市场需求的拉动下，从每公斤10美金，迅速飚升到220美金/公斤。

国内太阳能组件厂，不断兴建，生产太阳能电池能量不断扩大。兴建中国民族太阳能级别硅材料工厂是各地政府的愿望。 湖北省最著名的广济硅工业园投入巨资开发试制太阳能级别多晶硅材料。经过半年时间，90个工作日，在上海张江博士后流动站的配合下，成功提纯硅原子为99.9999%。经过德国某公司的化验认为符合欧洲SGS标准。

第四节 2010-2012年金属硅国内外技术工艺研发趋势分析

如今国内金属硅冶炼炉存在较大问题。首先是功耗大的炉子与小炉子在配料比例和方式上存在很大差异。导致很多公司在购入新炉子后由于没有搞清配料具体比例而使生产不顺利。另外电耗过高、冶炼炉技术落后国外、员工水平不均，这些因素常使工业硅的质量受到的影响。目前我们除了要尽快提高国内炉子工艺水平外，还要提高操作人员的专业水平来提高金属硅的质量。

第五节 金属硅产品现行技术同类替代技术发展

金属硅是高能耗产品，节能工作十分重要，主要节能途径有：

1、精心选料。碳质还原剂和硅石的选择对电耗和产量的影响极大。有时质量和电耗有矛盾，要权衡得失，例如多用或全部用石油焦，质量提高，但电耗会明显上升；多用烟煤或木炭，电耗降低，但质量又受影响。采用炉外精制硅的方法在保证质量的前提下搭配部分烟煤等高电阻率还原剂，可以使电耗降低。优质硅石的选择也十分重要，不能只看硅石的化学成分，还要看冶炼性能，如热稳定性，还原性等指标。

2、精心设计电炉参数。电炉参数选择不当，如电压选择过高会使电耗上升。设计炉膛尺寸必须考虑生产金属硅是用石墨电极，不宜依据石墨电极直径作计算依据，而应按碳素电极直径计算炉膛尺寸。根据某厂经验，1800kV•A三相电炉二次电压选择84V，极心圆选择1150mm为好。

3、采用大容量电炉生产。从国内统计来看，5000kV•A以上的电炉电耗一般在12000～14000kV•A/t范围内。小型电炉由于热损失占的比例大而电耗较高，一般在14000~17000kV•A/t范围内。美国汉纳矿业公司将9000kV•A电炉扩容为12000kV•A取得日产提高12％，硅回收率提高8％，电耗下降5％的好效果。

4、采用炉体旋转式电炉生产。1977年挪威埃肯公司研究成功两段旋转炉体，可以防止炉料结壳使其自动下沉。一台9000kV•A电炉试验结果电耗下降10％-14％。

5、采用团块炉料。将硅石与还原剂制成的团块在重油或煤气加热的炉内预还原加入电炉，产品单位电耗在9000kW•h以下。

6、采用半封闭电炉回收烟气的热能。

7、采用炉外精制硅技术提高产品质量，使精整剩下的小颗粒金属硅回炉重熔利用，达到提高产量降低电耗的目的。

8、精心操作。包括配料的准确称量，掌握好用碳量，及时加料不空烧，捣炉深而逶，使电极深插稳插，有一个好炉况，实现优质、低耗、高产。

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