工业硅作为有机硅、光伏、硅合金等领域的核心原材料，在我国经济社会发展中具有重要地位。目前工业硅的生产是将硅石及碳基还原剂在电弧炉内加热，硅石被碳基还原剂还原生成工业硅液体和一氧化碳（CO）气体，CO气体通过料层逸出。同时在硅水包底部通入氧气、空气混合气体，以除去钙、铝等其他杂质。工业硅液体经铸锭、破碎、分级后得到成品。
生产工艺
从生产工艺的角度来看，根据碳质还原剂的使用不同，工业硅的生产可以分为全煤工艺、半煤半焦工艺等。全煤工艺使用洗精煤作为碳质还原剂，半煤半焦会使用木炭、烟煤、石油焦等作为还原剂。虽然木炭的还原性较好，但不环保，所以未来发展方向是以全煤为主。
工业硅生产工艺流程图
工业硅对硅石原料的要求
硅石的洁净度：杂质含量越高，炉口料面明显发粘，炉口透气性不好，料面温度升高且发红，热量损失大，从而电耗升高；因此硅石的精选和水洗是减少硅石带入杂质，节能降耗的主要措施之一。
据了解，对于生产优级工业硅的硅石，其氧化物杂质含量应达到Fe2O3小于0.15%，Al2O3小于0.20%，CaO小于0.15%。如果生产超优质工业硅，对氧化物杂质的控制更严格，Fe2O3小于0.1%，Al2O3小于0.15%，CaO小于0.10%，并对硅石中硼(B)磷(P)还有严格要求。
硅石的热稳定性和抗爆性：加入电炉的硅石要有足够的热稳定和良好的抗爆性。否则会因为受热很快破裂且表面迅速剥落，导致电炉透气性变差，电炉上部炉料粘结，热量损失增大，电耗升高，因此选用时要考虑此现象。
硅石的粒度：粒度过小，使得炉料透气性差，粒度过大未反应的硅石沉入炉底或进入硅溶液中造成渣量增多，使得电耗升高，因此需要控制硅石的粒径范围在50-120mm。
生产现状
我国工业硅生产现状呈现多方面特点。产量方面，2024年新疆的产能占全国产能的37.66%，其次是云南和四川，产能分别占18.64%和13.38%，再者内蒙古和甘肃也占据比较重要的比例，产能占比分别是6.65%和4.61%。
2024年工业硅产能地区分布图（%）
炉型结构上，地域集中且中小炉型偏多，2021年底，拥有25000kVA及以上冶炼炉的硅厂较少，新疆、云南等地大炉数量有限，其他低产量地区多为配备小炉的小规模厂家，随着行业发展，落后产能面临淘汰与技改。
冶炼工艺上，“全煤冶炼”因木炭供应受限、成本上升而渐受青睐，低硫低灰分煤虽有优势，但高结焦性和高挥发分带来料面透气性差等问题，需调整原料配比和炉体参数，已有项目成功应用并降低成本、电耗，新上大炉型多倾向该工艺。
生产环节中，自动化程度低，众多流程依赖人力，随着工厂规模扩大，低效率、高成本问题凸显。环保措施简陋，多数厂家采用正压布袋除尘，缺乏脱硫脱硝设施，浇铸收尘困难，污染物排放不达标，行业面临整顿与技术革新。用水方面，以往采用新水开式循环，水耗高、易结垢，生产废水外排，水资源浪费严重，在缺水地区问题更突出。
先进技术
大型矿热炉关键技术
大型矿热炉炉体可采用自动旋转式半封闭结构。炉体旋转使炉料均匀，扩大反应区，降低原料消耗和捣炉劳动强度；八边形全不锈钢拱形烟罩，便于电极检修，提升微硅粉质量；管式电炉短网与水冷电缆组合，降低温度、减轻重量；压力环式把持器与柱塞式座缸，保障电极直径合理，克服电极升降不稳定问题。
旋转布料技术
与传统布料工艺相比，使用旋转布料器后，简化了炉顶的布置，减少了料管的使用数量，节约了投资。同时，炉内大范围冒火现象明显改善，设备能快速往需要布料的位置加料，炉壳温度明显降低，冷却强度随之下降，电耗降低，节约了电能，提高了产量。此外，使用布料器后，加料时不用打开炉门，减少了捣炉机作业，改善了炉前生产条件。
出硅口自动开炉眼技术
部分厂家采用自动开炉眼机器人，由操作人员遥控进行工序微调，控制系统具备故障检测等功能。自动开眼使炉眼更规则，出硅更流畅，降低跑眼几率，减轻劳动强度，避免人员烫伤。
负压除尘与脱硫脱硝耦合冶炼烟气治理技术
“全煤冶炼”工艺产生的烟气需净化处理，负压系统配合除尘可实现有组织排放。目前主流治理工艺有多种，推荐“高活性氢氧化钙干法脱硫+负压布袋除尘+SCR中低温催化脱硝工艺”。
定点浇铸+移动锭模+集中除尘集成技术
通过自行走浇铸车定点浇铸，移动锭模承接液态硅，配合集中除尘，解决浇铸过程中难以收尘的问题。
软水闭式循环+废水处理回用技术
电炉冷却水采用软水闭路有压循环，空冷器冷却，系统补水量极少。工业硅生产废水分类处理，清净废水用于硅石冲洗，其他废水处理后回用于浊环水系统或厂区清洁、绿化，实现生产废水近零排放，循环利用率超95%。
小结
作为光伏产业、新能源产业、半导体产业的支撑原料，工业硅产业具有不可撼动的地位和广阔的发展前景。而目前该行业普遍炉型偏小、工艺技术落后、环保措施简陋、能耗居高，亟待进行技术改造和革新。未来新上的工业硅项目要积极响应国家政策，走大型化、智能化、绿色低碳化发展之路。
参考来源：
徐龙.直流电弧炉工业硅冶炼过程的传热特性研究
李秦灿等.工业硅行业现状及发展趋势
戴静.当前我国工业硅市场现状及发展前景
郑红梅等.工业硅生产工艺及节能探讨
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