化學工業用矽的冶煉工藝
1、化學用矽的工藝流程包括爐料準備，電爐熔煉，矽的精制和澆鑄，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。矽石在顎式破碎機中破碎到塊度不大於100mm，篩出小於5mm的碎塊,並用水沖洗潔凈。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，要破碎到塊度不大於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、化學用矽生產中，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矽是可行的。
3、生產化學用矽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矽需要的碳量來確定。石油焦和煙煤的比例對爐料的工作電阻影響較大。
4、爐料各組分經稱量後，將爐料混合均勻，待搗爐後，將混合均勻的爐料集中加入爐內。保持壹定的料面高度，加料均勻。
5、化學矽生產是連續不斷進行的。爐內的狀況也不是永恒不變的。化學矽生產在電爐內是以電能轉換成熱能，然後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金屬矽爐各壹臺。熔煉采用壹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沈，壹般需強制沈料。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小時出壹次爐，進行精練澆鑄，破碎挑渣整理入庫。
壹、概述/金屬矽?
金屬矽又稱結晶矽或工業矽，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壹個商品名稱。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矽分成金屬矽和半導體矽。金屬矽是由石英和焦炭在電熱爐內冶煉成的產品，主成分矽元素的含量在98%左右，其余雜質為鐵、鋁、鈣等。金屬矽價格昂貴。[2]?工業上，金屬矽通常是在電爐中由碳還原二氧化矽而制得。?化學反應方程式：?SiO2?+?2C?→?Si?+?2CO?這樣制得的金屬矽純度為97~98%。再將它融化後重結晶，用酸除去雜質，得到純度為99.7~99.8%的金屬矽。[3]
二、性質/金屬矽?
矽是半金屬之壹,舊稱“矽”。熔點為1420℃，密度為2.34克/厘米3。質硬而脆。在常溫下不溶於酸，易溶於堿。金屬矽成分主要是矽，因此和矽具有相類似的性質。金屬矽的性質與鍺、鉛、錫相近，具有半導體性質。[3]?矽在地殼中資源極為豐富，僅次於氧，占地殼總重的四分之壹還強，以二氧化矽或矽酸鹽形式存在。最純的矽礦物是石英或矽石。矽有兩種同素異形體：壹種為暗棕色無定形粉末，性質活潑，在空氣中能燃燒；另壹種為性質穩定的晶體（晶態矽）。壹般矽石和石英用於玻璃和其它建材，優質的石英用於制作合金、金屬和單晶。
三、分類/金屬矽?
1、金屬矽的分類通常按金屬矽成分所含的鐵、鋁、鈣三種主要雜質的含量來分類。按照金屬矽中鐵、鋁、鈣的含量，可把金屬矽分為553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌號。
2、工業上，金屬矽通常是在電爐中由碳還原二氧化矽而制得。?化學反應方程式：?SiO2?+?2C?→?Si?+?2CO?這樣制得的矽純度為97~98%，叫做金屬矽。再將它融化後重結晶，用酸除去雜質，得到純度為99.7~99.8%的金屬矽。
3、金屬矽成分主要是矽，因此和矽具有相類似的性質。矽有無定形矽和晶形矽兩種同素異形體。無定形矽是灰黑色粉末，實際上也是壹種微晶體。晶形矽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?。無定形矽化學性質活潑，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，生成矽化物。無定形矽幾乎不溶於包括氫氟酸在內的所有無機酸和有機酸，但能溶於硝酸與氫氟酸的混合酸。濃氫氧化鈉溶液能溶解無定形矽，放出氫氣。晶形矽比較不活潑，即使在高溫下也不與氧氣化合，它也不溶於任何壹種無機酸和有機酸，但可溶於硝酸和氫氟酸的混合酸以及濃氫氧化鈉溶液。
四、附加產品/金屬矽
包括矽微粉，邊皮矽，黑皮矽，金屬矽渣等。其中矽微粉也稱矽粉、微矽粉或矽灰，它廣泛應用於耐火材料和混凝土行業。
五、用途/金屬矽?
金屬矽要用於生產有機矽、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）生產矽橡膠、矽樹脂、矽油等有機矽。
矽橡膠彈性好，耐高溫，用於制作醫療用品、耐高溫墊圈等。
矽樹脂用於生產絕緣漆、高溫塗料等。
矽油是壹種油狀物，其粘度受溫度的影響很小，用於生產高級潤滑劑、上光劑、流體彈簧、介電液體等，還可加工成無色透明的液體，作為高級防水劑噴塗在建築物表面。
（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矽制成的，而且高純度金屬矽還是生產光纖的主要原料，可以說金屬矽已成為信息時代的基礎支柱產業。
（3）配制合金。
矽鋁合金是用量最大的矽合金。矽鋁合金是壹種強復合脫氧劑，在煉鋼過程中代替純鋁可提高脫氧劑利用率，並可凈化鋼液，提高鋼材質量。矽鋁合金密度小，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。
矽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，可用於制作儲罐。
鋼中加入矽制成矽鋼片，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，金屬矽的應用領域還將進壹步擴大。
參考資料
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