一、株洲株洲如何解聚回收聚酯材料
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解析:
废塑料的废品回收和再生利用
废塑料的回收:
废塑料的回收是进行再利用的基础。回收的回收号码回收难度在于废塑料数量大、分布广、电话品种多、金属体积大，株洲株洲许多废塑料与其他城市垃圾混在一起，废品给回收造成很大困难。回收号码回收
目前，电话国外在废塑料回收方面已积累了不少经验，金属他们把废塑料的株洲株洲回收作为一项系统工程，***、废品企业、回收号码回收居民共同参与。电话德国于1993年开始实施包装容器回收再利用，金属1997年回收再利用废塑料达到60万吨，是当年80万吨消费量的75％。目前，德国在全国设立300多个包装容器回收、分类网点，各网点统一将塑料制品分为瓶、薄膜、杯、PS发泡制品及其他制品，并有统一颜色标志。日本树脂再生利用成功的秘诀就在于建立了回收循环体制。回收循环管理体制的核心就是尽量减少回收环节，各厂家在建立销售网点的同时也要考虑建立回收网点。厂家负起回收利用自家生产的产品废旧物品的责任，在回收自家生产的废旧物品时，原标准零部件及其材料性能就容易把握，可以充分有效地再生利用，能够确保再生产品的性能。同时，还可以减少热回收，减少烦琐程序和环境污染。由于产品的模块化，使再生利用部分的技术研究开发方向更加明确。
为进一步利用，回收的废塑料往往进行分离，采用的主要分离技术有密度分离、溶解分离、过滤分离、静电分离和浮游分离等，见图2．1。日本塑料处理促进协会的水浮选分离装置一次分离率就可达到99．9％以上，美国DOW化学公司也开发了类似的分离技术，以液态碳氢化合物取代水分离混合废塑料，取得了更佳的效果。美国凯洛格公司与伦塞勒综合技术学院联合开发出溶剂性分离回收技术，不需人工分拣，即可使混杂的废旧塑料得到分离。该法是将切碎的废旧塑料加入某种溶剂中，在不同温度下溶剂能有选择
地溶解不同的聚合物而将它们分离。应用的溶剂以二甲苯为最佳，操作温度也不太高。对一些新的分离技术如电磁快速加热法、反应性共混法等也有不少报道。电磁快速加热法可回收分离金属—聚合物组件，反应性共混法能实现对带涂料层废弃保险杠的回收分离。另外，国外已开发出计算机自动分选系统，实现了分选过程的连续自动化。瑞士的 Bueher公司用卤素灯为强光源照射下，经过4种过滤器的识别，由计算机可分离出PE、PP、PS、PVC和PET废塑料，生产能力为It／h。
直接使用或与其他聚合物混制成聚合物合金。这些产品可用于制造 6生塑料制品、塑料填充剂、过滤材料、阻隔材料、涂料、建筑材料和粘合剂等。这是一种简单可行的方法，实现了重复使用，可分为熔融再生和改性再生两类。
(1)熔融再生
该法是将废塑料加热熔融后重新塑化。根据原料性质，可分为简单再生和复合再生两种。
简单再生已被广泛采用，主要回收树脂生产厂和塑料制品厂生产过程中产生的边角废料，也可以包括那些易于清洗、挑选的一次性使用废弃品。这部分废旧料的特点是比较干净、成分比较单一，采用简单的工艺和装备即可得到性质良好的再生塑料，其性能与新料相差不多。现在塑料废弃物品约有20％采用这种回收利用方法，现阶段大多数塑料回收厂是属于这一类的。
复合再生所用的废塑料是从不同渠道收集到的，杂质较多，具有多样化、混杂性、污脏等特点。由于各种塑料的物化特性差异及不相容性，它们的混合物不适合直接加工，在再生之前必须进行不同种类的分离，因此回收再生工艺比较繁杂，国际上已采用的先进的分离设备可以系统地分选出不同的材料，但设备一次性投资较高。一般来说，复合再生塑料的性质不稳定，易变脆，故常被用来制备较低档次的产品，如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨衣及器械的包装材料等。
目前，我国大连、成都、重庆、郑州、沈阳、青岛、株洲、邯郸、保定、张家口、桂林以及北京、上海等地分别由日本、德国引进20多套(台)熔融法再生加工利用废塑料的装置，主要用于生产建材、再生塑料制品、土木材料、涂料、塑料填充剂等。
(2)改性再生
是指通过化学或机械方法对废塑料进行改性。改性后的再生制品力学性能得到改善，可以做档次较高的制品。
日本宝冢市工业技术研究开发试验所发明了一种方法，可将废纸和废聚乙烯加工成合成木材，这种合成木材可以和天然木材一样加工，质地也和天然木材一样好。澳大利亚克莱顿聚合物合作研究中心研究出一种用聚乙烯薄膜边角料和废纸纤维生产建筑业用木材替代物的生产工艺，该加工过程系在一台双螺杆挤出机内进行，工艺温度低于200℃，能避免纤维的降解。用该方法生产的新闻纸／聚乙烯复合材料的外观、密度和机械性能与硬纤维板相似，可用标准工具进行切割、成型，在钉钉子时的防裂性也很好，防水性能比硬纤维板要好。西堀贞夫的“爱因木”技术以干态研磨清洗达到塑料废弃物再资源化，使用再生原料PE、PP、PVC、ABS等混合废弃木屑，生产木屑含量超过50％以上的新型木板。爱因木技术的问世引起了世界各国，特别是发达国家的关注并产生了强烈反响。
在化学添加剂方面，汽巴—嘉基公司生产出一种含抗氧剂、共稳定剂和其他活性、非活性添加剂的混合助剂，可使回收材料性能基本恢复到原有水平；荷兰也有人开发出一种新型化学增容剂，能将包含不同聚合物的回收塑料键合在一起。美国报道采用固体剪切粉碎工艺(Solid State Shear Pulverization，S3P)进行机械加工，无需加热和熔融便可对树脂进行分子水平上的剪切，形成互容的共混物，共混物大部分由HDPE和LLDPE组成，极限拉伸强度和挠曲模量可与HDPE和LLDPE纯料相媲美。近两年出现的固相剪切挤出法、反应性共混法、多层夹心注塑技术以及反应挤塑法则使一些难以回收的废塑料的再生利用成为可能。
(3)木粉填充改性废塑料
木粉填充改性废塑料是一种全新的绿色环保塑木材料，其加工方法也是物理改性再生方法。由于近几年来国内外对该方面的研究较多，发展较快，并且已有商品化产品出现，塑木材料及其相关技术的发展已成为一种趋势
木粉与废旧塑料复合材料的开发与研究不但可以提供充分利用自然资源的机会，而且也可以减轻由于废旧塑料而引起的环境污染，因此，这种木塑复合材料是一种节约能源、保护环境的绿色环保材料。其应用范围很广，主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、装饰材料及日常生活用具等方面，有广阔的发展前景。从国内外专利调研中也可看出这点。木粉作为塑料的一种有机填料，具有许多其他的无机填料所无法比拟的优良性能：来源广泛、价格低廉、密度低、绝缘性好、对加工设备磨损小。但它并没有像无机填料那样得到广泛应用，原因主要有以下两点，与基体树脂的相容性差；在熔融的热塑性塑料中分散效果差，造成流动性差和挤出成型、加工困难。
①木粉的处理:木纤维材料优选为炊木材料，如白杨木、雪松锯屑等，这种木纤维有规则的形状和纵横比，使用前需经处理干净，尽量干燥，然后加工成类似锯屑规格的木粉。各专利对木粉的规格、大小都作了相应规定：长度优选为1—10mm，厚度0．3—1．5mm，纵横比2．5—6．0，吸湿率小于12％(按重量计)。
②对塑木复合物的加工要求:复合物颗粒挤出成材时，若采用的是无通风设备的挤出工艺，颗粒应尽可能干燥，含水量应在 0．01％～5％(质量分数)之间，最好小于3．5％。有通风设备的，含水量小于8％是可以接受的。否则，挤出材料会产生裂纹或其他表面缺陷。
对复合物颗粒的截面形状作了研究，认为有规则几何形状的截面更有利，包括三角形、正方形、矩形、六边形、椭圆形、圆形等’，优选为有近似圆形或椭圆截面的规则圆柱体。
在挤出工艺中木纤维更宜沿挤出方向取向，这种定向能使相邻平行的木纤维与包覆在定向木纤维上的高分子相互交叠，从而能改善材料的物理性能。通常取向度为20％，优选30％。这种结构的材料有着充分增强的强度、拉伸模量，适宜于制作门窗。
研究了木粉与废塑料的混合比例，优选条件为塑料45％(质量分数，后同)、木粉55％，还发现从塑料40％、木纤维60％到塑料60％、木纤维40％的混合比例都可生产合用的产品。混合物组分的选定视终产品的特性、塑料和木纤维的类型而定。
③相容性的改善:由于木粉中主要成分是纤维素，纤维素中含有大量的羟基，这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键，使木粉具有吸水性，吸湿率可达8％一12％，且极性很强，而热塑性塑料多数为非极性的，具有疏水性，所以两者之间的相容性较差，界面的粘结力很小。使用适当的添加剂改性聚合物和木粉的表面，可以提高木粉与树脂之间的界面亲和能力，改性的木粉填料具有增强的性质，能够很好地传递填料与树脂之间的应力，从而达到增强复合材料强度的作用。因此，要得到性能优良、符合条件的塑木复合材料，首先要解决的问题是相容性的问题。·
相容性问题主要依靠加入各种添加剂解决。
偶联剂法：偶联剂可以提高无机填料及无机纤维与基体树脂之间的相容性，同时也可改善木粉与聚合物之间的界面状况。硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂是应用最广泛的两类偶联剂，实验表明，这两种偶联剂都能改善填料与树脂的相容性。
相容剂法：加入相容剂法是最简单而且很有效的方法。据报道，合适的相容剂有马来酸酐等接枝的植物纤维或马来酸酐改性的聚烯烃树脂、丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物。这些相容剂中大部分含有羟基或酐基，能够与木粉中的羟基发生酯化反应，降低木粉的极性和吸湿性，故与树脂有很好的相容性。
④添加剂的用量对复合材料性能的影响:偶联剂的用量与填料的活化效果并非成正比关系，当添加剂含量为1％时，材料的拉伸强度和拉伸模量最好，随着添加剂用量的增加，材料的性能反而下降。因此添加剂的用量不能太多，否则，既影响性能，又造成不必要的浪费。
⑤流动性能的改善:对于挤出成型加工来说，要求所加工的物料有一定的流动性。大多数情况下填充塑料都需要经过熔融、受力、变形后，经冷却定型制成各种制品，因此木粉填料的加人对熔体流变性能的影响是必须加以研究的。其中最重要的是对熔体粘度的影响。
随着木粉含量的增加，聚合物熔体粘度升高，这与木粉在基体树脂中的分散状况有关。木粉颗粒在基体中是以某种聚集状态的形式存在，呈聚集态的木粉对填充体系流动性能的影响是不利的，可加入适量的硬脂酸来降低木粉颗粒的集聚数量，改善成团现象，使其在基体树脂中充分分散。此外，木塑复合材料在熔融状态时属于假塑性流体，随着剪切速率的增加，表观粘度下降。所以为了使填充体系具有良好的加工流动性能，应当尽可能采用较高的剪切应力，以降低填充体系的剪切粘度，使之适合于挤出成型加工。
⑥加工条件的改善:挤出成型、热压成型、注射成型是加工塑木复合材料的主要成型方法。由于挤出成型加工周期短、效率高、成型工艺简单，因此挤出成型方法是一种较佳的选择方案。
单螺杆挤出机可完成物料的塑化和输送任务。由于木粉的填充使聚合物熔体粘度增大，增加了挤出难度，所以，用于木粉填充改性的单螺杆挤出机必须采用特殊设计的螺杆，螺杆应具有较强的混炼塑化能力。
由于木粉结构蓬松，不易对挤出机螺杆喂料，在挤出之前应对物料进行混炼制粒。由于木粉具有吸水性，制粒前应对木粉进行干燥处理，干燥温度为150℃左右，时间以3h为宜，如果干燥不充分，制品中会有气泡产生，致使材料的机械强度下降。加工温度的控制也十分重要，温度过高，木粉由于热作用会发生炭化现象，从而影响材料表观颜色。因此，在加工过程中应适当控制加工温度。
化学方法:
是指通过化学反应使废旧塑料转化成低分子化合物或低聚物。这些技术可用于以废旧塑料为原料生产燃料油、燃气、聚合物单体及石化、化工原料。
从技术角度来说，化学方法主要有高温裂解、催化裂解、加氢裂解、超临界流体法以及溶剂解。热裂解法生成沸点范围宽的烃类，回收利用价值低。催化裂解由于有催化剂存在，反应温度可降低几十度，产物分布相对易于控制，能得到晶位高的汽油。超临界流体法因其环保、经济、分解速度快、转化率高等特点，正成为目前的研究热点，既适用于废塑料油化，又可用于缩聚物溶剂解。溶剂解主要用于缩聚型废塑料的解聚回
收单体。
从用途来讲，化学方法因终产品的不同又可分为两种，一种是制取燃料(汽油、煤油、柴油、液化气等)，另一种是制取基本化工原料、单体。
(1)制取燃料(油、气)的油化技术
国外早在20世纪70年代石袖危机时期已开始开发油化技术，
裂化，lkg废塑料产油最多可达iL。这种技术不使用搅拌装置，只适合于聚烯烃，还不能用于含卤类塑料。
APME(欧洲塑料生产者协会)认为，回收工艺要有生命力，必须能够接受组成广泛的混合塑料。目前工业界已对富含PVC(高至60％)的废塑料进行了实验室工程研究和初步的中试，但尚未对示范装置的建设提供最佳工艺条件。
日本在2000年4月对废塑料全面实施“包装容器再生法”后，为解决混杂塑料的油化问题，日本废塑料再生促进协会及废物研究财团在***的资助下，开发成功一般混合废塑料的油化技术。其工艺过程包括前处理工序、脱氯工序、热分解。为了改善油品质量，加入催化剂进行改质。
三菱重工、东芝、新日铁等日本公司均已先后进行了中试或工业化试验，可产出汽油、柴油、重油等油晶，技术已过关，但经济上尚未过关。为此，有关公司正通过改进工艺以大幅度降低成本，突出的为东北电力会同三菱重工利用超临界水进行废塑料油化试验的结果，反应时间由过去的2h大幅缩短至2min后，油品的回收率仍保持在80％以上的高水平，从而有利于成本的降低。考虑到油价的上涨将有利于提高经济效益，目前正在进行的0．5t／h的工业化试验，预计成功后将较快实用化。
(2)制取基本化学原料、单体回收的技术:
混合废塑料热分解制得液体碳氢化合物，超高温气化制得水煤气，都可用作化学原料。德国Hoechst公司、Rule公司、BASF公司、日本关西电力、三菱重工近几年均开发了利用废塑料超高温气化制合成气，然后制甲醇等化学原料的技术，并已工业化生产。
近年来废塑料单体回收技术日益受到重视，并逐渐成为主流方向，其工业应用亦在研究中。1998年5月在德国慕尼黑举行的第14届国际分析应用裂解学术会议上，出现了有关高分子废弃物再生利用发展的新趋向。从本次会议发表的论文看，对于高分子材料的“白色污染”问题，国际上在基本解决了高分子废弃物经裂解制备燃料的研究和工业化之后，已趋向将高分子废弃物通过有效的催化—裂解方法转化为高分子合成原料的新
阶段。目前研究水平已达到单体回收率聚烯烃为90％，聚丙烯酸酯为97％，氟塑料为92％，聚苯乙烯为75％，尼龙、合成橡胶为80％等。这些结果的工业应用亦在研究中，它对环境及资源利用将会产生巨大效益。
美国BattelleMemorial研究所(美国专利US5136117)已成功开发出从LDPE、HDPE、PS、PVC等混合废塑料中回收乙烯单体技术，回收率58％(质量分数)，成本为3．3美分／kg，目标是两年后实现工业化。日本总代理商——三菱商社已引进该技术并商业化开发，已建成流量20L／h的连续反应装置。
溶剂解(包括水解和醇解)主要用于缩聚高分子材料的解聚回收单体，适用于单一品种并经严格预处理的废塑料。目前主要用于处理聚氨酯、热塑性聚酯和聚酰胺等极性废塑料。例如利用聚氨酯泡沫塑料水解法制聚酯和二胺，聚氨酯软、硬制品醇解法制多元醇，废旧PET解聚制粗对苯二甲酸和乙二醇等。
另外，近年来超临界流体法也越来越多地应用于解聚缩聚型高分子材料，回收其单体，效果远优于通常的溶剂解。日本T．Sako等人利用超临界流体分解回收废旧聚酯(PET)、玻璃纤维增强塑料(FRP)和聚酰胺／聚乙烯复合膜。他们采用超临界甲醇回收PET的优点是PET分解速度快，不需要催化剂，可以实现几乎100％的单体回收。他们还用亚临界水回收处理PA6／PE复合膜，使PA6水解成单体‘·己内酰胺，回收率大于70％一80％。
热能再生:
塑料燃烧可释放大量的热量，聚乙烯和聚苯乙烯的热值高达46000kJ／kg，超过燃料油平均44000kJ／kg的热值。燃烧试验表明，废塑料完全具备作为燃料的基本性质。它与煤粉、重油的燃烧对比试验详见表2．2。从表2．2中可看出，废塑料发热量与煤和石油相当，且不含硫。此外由于含灰分少，燃烧速度快。
因此，国外将废塑料用于高炉喷吹代替煤、油和焦，用于水泥回转窑代替煤烧制水泥，以及制成垃圾固形燃料(RDF)用于发电，收到了很好的效果。
(1)燃料化：垃圾固形燃料RDF
日本积极推广用废塑料制垃圾固形燃料(RDF)。RDF技术原由美国开发，日本近年来鉴于垃圾填埋场不足、焚烧炉处理含氯废塑料时造成HCI对锅炉的腐蚀和尾气产生二D8英污染环境的问题，利用废塑料发热值高的特点混配各种可燃垃圾制成发热量20933kJ／kg和粒度均匀的RDF后，既使氯得到稀释，同时亦便于贮存、运输和供其他锅炉、工业窑炉燃用代煤。垃圾固形燃料发电最早在美国应用，并已有RDF发电站37处，占垃圾发电站的21．6％。日本结合大修将一些小垃圾焚烧站改为RDF生产站，以便于集中后进行连续高效规模发电，使垃圾发电站的蒸汽参数由<30012提高到45012左右，发电效率由原来的15％提高到20％～25％。秩父小野田水泥公司已在回转窑上试烧RDF成功，不仅代替了燃煤，而且灰分也成为水泥的有用组分，效果比用于发
电更好。目前日本各水泥厂正积极推广。
(2)高炉喷吹、水泥回转窑喷吹
高炉喷吹废塑料技术是利用废塑料的高热值，将废塑料作为原料制成适宜粒度喷人高炉，来取代焦炭或煤粉的一项处理废塑料的新方法。国外高炉喷吹废塑料应用表明，废塑料的利用率达80％.排放量为焚烧量的0．1％～1．0％，仅产生较少的有害气体，处理费用较低。高炉喷吹废塑料技术为废塑料的综合利用和治理“白色污染”开辟了一条新途径，也为冶金企业节能增效提供了一种新手段。
德国的不莱梅钢铁公司于1995年首先在其2号高炉(容积2688m3)上喷吹废塑料，并建立了一套70kt／a的喷吹设备，随后克虏伯／赫施钢铁公司也建立了一套90kt／a的喷吹设备，德国其他的钢铁公司也准备采用此项技术。日本NNK公司1996年在其京滨厂1号高炉(容积4093m3)上喷吹废塑料，计划处理废塑料30kt／a，它
还打算向日本其他厂转让此项技术。日本环保界和舆论界对此寄予厚望，日钢铁联盟已将此纳入2010年节能规划，要求年喷吹100万吨以上，相当于钢铁工业能耗的2％，前途大有可为。
另外，日本水泥回转窑喷吹废塑料试验成功。德山公司水泥厂在长期燃烧废轮胎的基础上，于1996年在废塑料处理促进协会的配合下成功进行了回转窑喷吹废塑料试验。
发酵法
有资料报道，废聚乙烯可以通过氧化发酵和热解发酵两种方法转化成微生物蛋白。该法为非主流方法，目前不常用。
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二、金属硅的硅的冶炼工艺
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。
下面介绍一下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。1999年-2001年我国对日本出口的化学用硅已分别达到2.2万吨、3万吨、4万吨，2001年我国对日本出口的化学用硅已占日本化学用硅进口量的40%以上。中国已开始加入化学用硅生产和供应国的行列，生产化学用硅的企业不断增加。由于上海广济硅材料有限公司在2002年全面公开了碳热还原的冶炼工艺，致使中国在2002年到2004年之间，金属硅的产能迅速从年产10万吨，上升到120万吨。结果导致发改委的全面制裁，2006年，金属硅的实际产量又回落到70万吨。总个2006年，仅有上海广济硅材料有限公司大悟硅厂在新疆边陲建设成功万吨级金属硅厂晶鑫厂。其他又新建硅厂。化学用硅是指用于有机硅和多晶硅生产的金属硅。从世界范围来看，冶金用硅的消费量多于化学用硅的消费量，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。“信息高速公路”中大量应用的光纤电缆中的光纤，也是以金属硅为原料生产的。美国和欧盟化学用硅的消费量已占金属硅总消费量的一半以上。化学用硅作为高新技术领域和重要基础产业得到广泛应用，其消费量是趋于稳定增长的。在国际市场正常情况下，每吨化学用硅比冶金用硅售价高300-400美元。所以，无论从满足出口和国内需求，还是从提高金属硅企业经济效益，提高产品质量，大力发展化学用硅生产都是必要的。
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。碳素原料又以石油焦为主，有优质的无烟煤或木炭，也可以掺用一部分，以增加炉料比电阻。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。化学用硅熔炼最好采用硅石。天然形态的氧化硅或者是以独立的石英矿物存在，或者是以几乎全是由氧化硅积成的岩石—硅石，或硅石形态的砂岩存在。生产化学用硅的含有氧化硅矿物中的杂质和粘着物，在熔炼过程中有的完全被还原，有的部分被还原，有的以化合物形态进入产品硅中或生成熔渣。这样不仅增大能量消耗，降低产品质量，还给熔炼过程造成困难。因此，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。要求SiO2大于99%，Fe2O3小于0.15%，Al2O3不大于0.2%，CaO不大于0.1%，杂质总和不大于0.6%。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。一般情况下，6300KVA三相电炉（1983年大悟硅厂建成），要求硅石粒度在8-100mm，3200KVA三相电炉，要求硅石粒度为8-80mm，而且中间粒度组成的比例要大些。粒度过大时，由于不能和捣炉粘料及反应速度相适应，易使未反应的硅石进入液体硅中，造成渣量增多，出炉困难，硅的回收率降低，能耗增大，甚至造成炉底上涨，影响正常生产。粒度过小，虽能增大还原剂的接触表面，有利于还原反应的进行，但反应过程中生产的气体不能顺利排出，又会减慢反应速度。粒度过小时。带入的杂质又会增多，影响产品质量。生产中一般小于5mm的硅石不宜采用。
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。一般要求固定碳要高，所需还原剂总量减少，从而灰分带入的杂质少，渣量相应减少，电能消耗降低，化学硅中杂质含量降低。碳质还原剂的电阻率要大，气孔率要高。炉料电阻率主要取决于碳质还原剂。碳质还原剂电阻率大，化学活性好，硅的回收率高。
石油焦是所用于金属硅生产的还原剂中灰分最低的，含灰分0.17-0.6%，固定碳90-95%，挥发分不大于3.5%-13%。化学用硅冶炼采用石油焦做还原剂，这是因为它的灰分低，有利于提高产品质量。但由于石油焦电阻率小，反应性差，高温下易石墨化，用量偏大时，导致炉况不好控制，造成炉料不烧结、刺火严重、电耗高、出炉困难。
木碳具有很高的比电阻和反应能力，而且杂质含量少，是熔炼工业化学用硅的较为理想的还原剂，但用不同的木材和不同的方法制得的木炭其性质也很不同。去皮木炭的灰分含量通常比带皮木炭的灰分含量低二分之一至三分之一，树皮对木炭中灰分的含量有很大的影响。木炭主要成分是碳，灰分较低，一般小于10%。电阻率较大，化学活性好。多年的生产实践证明，木炭是满足冶炼化学用硅需要的重要碳质原料，但炭的来源受到限制，无法再使用木炭还原剂。
从国外的情况看，绝大多数国家已不再使用木炭。国内的很多厂家在寻求和使用木炭代用品方面也做了大量工作。实践证明，在各种碳质还原剂中，从反应能力和比电阻的大小来看，烟煤是木炭之外的另一种较为理想的还原剂。
烟煤的特点是电阻大，反应能力强，低灰分烟煤是经过洗选获得的。灰分含量可达3%左右，Fe2O3含量达0.2-0.3%，Al2O3含量小于1%。我国还原剂烟煤的灰分含量多在3%以上，而国外还原剂烟煤的灰分的含量多在1%左右，苏联采用的化学法精选烟煤，能得到氧化铁含量低于0.1%的精煤。烟煤代木炭的冶炼工艺的专利由上海广济硅材料有限公司和鄂尔多斯电力冶炼股份有限公司共同拥有。木块的作用在于增加料层的电阻，用量的大小都对炉况产生影响。木块用量过大，料层疏松、炉况变坏，电耗上升，木块由于着火点、含碳量都低，实际作还原剂微乎其微。
碳素原料中的杂质主要是灰分，全部由氧化物组成。在化学生产中，灰分中的氧化物也要被还原，既要消耗电能，又要消耗碳素，而且被还原的杂质仍然混入硅液中，降低了硅的强度。在生产实践中，炉料中每增加1%的灰分，就多耗电能100度-120度，因此，要求碳素原料中的灰分含量愈少愈好。
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，目前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。对电极材料的要求：（1）导电性好、电阻率小，以减少电能损失。（2）熔点要高，热膨胀系数要小，不易变形；（3）高温时有足够的机械强度，杂质含量低。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。硅石在颚式破碎机中破碎到块度不大于100mm，筛出小于5mm的碎块,并用水冲洗洁净。因为熔炉中碎块在炉膛上部熔融，从而降低了炉料的透气性，使生产过程难以进行。石油焦有较高的导电系数，要破碎到块度不大于10mm，又要控制石油焦的粉末量。因其在炉膛口上直接燃烧，会造成还原剂不足。
化学用硅生产中，烟煤完全可以取代木炭，如湖南株洲精洗烟煤，固定炭达77.19%，挥发分为19.4%，灰分含量3.41%，Fe2O3含量0.22%，Al2O3含量0.99%，CaO含量0.17%。经生产实践，采用此种烟煤冶炼化学用硅是可行的。
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。石油焦和烟煤的配比按每批矿硅需要的碳量来确定。石油焦和烟煤的比例对炉料的工作电阻影响较大。
炉料各组分经称量后，将炉料混合均匀，待捣炉后，将混合均匀的炉料集中加入炉内。保持一定的料面高度，加料均匀。
化学硅生产是连续不断进行的。炉内的状况也不是永恒不变的。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。所以炉内的电气特性是非常重要的，熔炼实行闭弧操作，保持高温炉，提高热效率，提高电炉利用率，在研究中使用容量为3200KVA和6300KVA金属硅炉各一台。熔炼采用一定时间的焖烧和定期集中加料的操作方法进行。正常情况下炉料难以自动下沉，一般需强制沉料。炉况容易波动，较难控制。因此，在生产中必须正确判断，及时处理。每4小时出一次炉，进行精练浇铸，破碎挑渣整理入库。
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，需要实行最佳的炉子操作，在熔炼过程中。热量主要来源电能。所以在炉膛内电流的流径路线及各路线的电流量的分布对炉膛内各区的温度分布和整个熔炼过程的进行有重要的影响，要注意保持三相电能的负荷平衡，这样才能提高产量，保证质量，降低电耗。
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。生产中，加料和捣炉是结合进行的。要根据熔炼过程的不同情况和特点，适时地完成加料、捣炉作业。为了保持炉内有良好的透气性，需要进行扎眼和捣炉。小捣炉根据炉况而进行，大捣炉一般每一个小时左右进行一次，捣炉要快要透，捣炉捣出的块料推向炉心，捣炉过程中不能边捣炉边加新料。一个电极区一个电极区进行捣炉的操作是不可取的，必须集中统一捣炉、统一加料，这样才能保持较高的熔炼温度。稳定炉子操作最重要的因素是保持料层中恒定的温度分布。如果炉膛温度分布受到[破坏，炉子操作会受严重干扰。生产中炉料的粒度和均匀程度，加料和出炉以及炉膛料面的处理都会影响电极运动。电极移动过大、过强的捣炉都会使炉子操作不稳定。
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。化学硅生产中，我们采用分次投料法，料层结构稳定，电耗低，炉龄长。操作中要处理好几个问题：一是要选择好适合的电气参数，使电极能有适当深度地插入料层；二是要想办法控制好炉料的比电阻；三是炉料粒度对硅的冶炼有重要影响，粒度过大和过小对炉况都不利。闭弧操作的优点是：①炉内料层结构能形成一个完整的体系，炉料依次下沉；②弧光不外露，料面上辐射热损失大大减少，保持高炉温，热效率提高，从而增加产量、提高产品质量和降低电耗。③能使电极消耗量达到平衡稳定，避免发生惦记折断事故。④料面的温度比较低，使料面上的设备受到的热腐蚀较轻，延长了设备的寿命，提高电炉设备的利用率。⑤粉尘较少，可使炉面操作有一个较好的操作环境。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。浅埋电极，一般表明还原剂过剩，电极附近形成火眼，电弧声响亮，出炉硅温度低，数量少、电耗高。深埋电极，如果炉料中还原剂过少，电极将处于较低位置。因为炉料电阻随着炉料中碳的减少而增大，电阻增大使电流负荷下降，电极消耗增加，生产率降低。生产中，电极的埋入深度根据现场操作来确定。调节电极埋入深度就是改变炉料的电阻值，这是调节炉况的最佳手段。当电炉二次电压超过一定值后，电极会受损坏，硅的挥发损失增多，炉膛上部过热，热损失增大。二次电流，受电极允许电流密度的限制，也不能随意增大。
电流电压的比值，是炉前操作的重要因素。电流电压比过小，电极下不去，明弧生产难操作。电流电压比过大，电极插入炉料过深，生产不够十分理想。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。炉子工作电压取决于两个方面：一方面是短网结构，要求电效率要高，功率因素应适当。另一方面是炉况，包括炉体结构和生产操作情况，熔炼中工作电阻的阻值很关键，它易变动，应努力使其稳定并趋近最佳值。一般情况，为保证正常的料面温度，提高电压。包这个正常的料面温度在600°C左右。使用符合规格的原材料，炉料粒度大，电阻就小，支路电流大，电极不易深入。
三、金属矽详细资料大全
金属矽又称结晶矽或工业矽，其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。金属矽是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，主成分矽元素的含量在98%左右（近年来，含Si量99.99%的也包含在金属矽内），其余杂质为铁、铝、钙等。
基本介绍中文名：金属矽外文名：Silicon分子式：Si分子量：28.0855基本信息,定义,原子结构,矽的性质,矽的用途,矽的冶炼工艺,超纯矽,分类,基本信息中文名称:金属矽中文别名:结晶矽;工业矽;矽微粉;矽粉;多晶矽;单晶矽;矽光学窗;矽英文名称:Silicon英文别名:silicon coating quality balzers; silicium; silicon, containing by weight not less than 99.99% of silicon; SiliconpowderNmesh; Silicon Monocrystalline; SiliconchipsNmm; SiliconrandompiecesNcm; Silicon wafer orientation P-doped; Silicon wafer orientation; Silicon powder; Siliconwaferorientation; Siliconwafer; Silicon(low oxygen); Silicon(3 oxygen levels); Silicon chips(99.9999%); Silicon random pieces(99.5%); Silicon solution 1000 ppm CAS:7440-21-3 EINECS:231-130-8分子式:Si分子量:28.0855 HS CODE:2804.6900定义“金属矽”（我国也称工业矽）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矽分成金属矽和半导体矽。金属矽是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，主成分矽元素的含量在98%左右（含Si量99.99%的也包含在金属矽内），其余杂质为铁、铝、钙等。半导体矽用于制作半导体器件的高纯度金属矽。是以多晶、单晶形态出售，前者价廉，后者价昂。因其用途不同而划分为多种规格。据统计，1985年全世界共消耗金属矽约50万吨，其中用于铝合金的金属矽约占60%，用于有机矽的不足30%，用于半导体的约占3%，其余用于钢铁冶炼及精密陶瓷等。原子结构原子核外电子排布：1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2；晶胞类型：立方金刚石型；晶胞参数：20℃下测得其晶胞参数a=0.543087nm；颜色和外表：深灰色、带蓝色调；采用纳米压入法测得单晶矽（100）的E为140～150GPa；电导率：矽的电导率与其温度有很大关系，随着温度升高，电导率增大，在1480℃左右达到最大，而温度超过1600℃后又随温度的升高而减小。矽的性质矽是半金属之一,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。金属矽的性质与锗、铅、锡相近，具有半导体性质。矽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，以二氧化矽或矽酸盐形式存在。最纯的矽矿物是石英或矽石。矽有两种同素异形体：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（晶态矽）。一般矽石和石英用于玻璃和其它建材，优质的石英用于制作合金、金属和单晶矽的用途矽大量用于冶炼成矽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。矽还是铝合金中的良好组元，绝大多数铸造铝合金都含有矽。矽是电子工业超纯矽的原料，超纯半导体单晶矽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矽单晶制成的大功率电晶体、整流器及太阳能电池，比用锗单晶制成的好。非晶矽太阳能电池研究进展很快，转换率达到了8%以上。矽钼棒电热元件最高使用温度可达1700℃，具有电阻不易老化和良好的抗氧化性能。用矽生产的三氯氢矽，可配制几百种矽树脂润滑剂和防水化合物等。此外，碳化矽可作磨料，高纯氧化矽制作的石英管是高纯金属冶炼及照明灯具的重要材料。八十年代的纸张——矽人们称矽为“八十年代的纸张”。这是因为纸张只能记录信息，而矽不仅能记载信息，还能对信息进行处理加工以获得新的信息。1945年制造的世界上第一台电子计算机，装有18000个电子管、70000只电阻、10000只电容，整个机器重30吨，占地170平方米，相当于10间房子大小。而今天的电子计算机，由于技术的进步和材质的改善，在一个指甲盖大小的矽片上，可以容纳上万个电晶体；并且有输入、输出、运算、存储和控制信息等一系列功能。微孔矽钙保温材料微孔矽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。经测试，节能效益优于石棉、水泥、蛭石和水泥珍珠岩等保温材料。特种矽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套用。矽的冶炼工艺金属矽冶炼属于高耗能生产，我国的金属矽生产已由来已久，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，金属矽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矽，多晶矽，单晶矽，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套用。下面介绍一下金属矽的冶炼工艺及流程。 1、生产化学工业用矽的必要性我国生产的金属矽（矽含量主要是98.5%），原来主要是冶金用矽，化学用金属矽（矽含量主要是99.85%）的生产主要是从90年代中期以来有所发展，我国化学用矽的产量和出口量增长较快。1999年-2001年我国对日本出口的化学用矽已分别达到2.2万吨、3万吨、4万吨，2001年我国对日本出口的化学用矽已占日本化学用矽进口量的40%以上。中国已开始加入化学用矽生产和供应国的行列，生产化学用矽的企业不断增加。由于上海广济矽材料有限公司在2002年全面公开了碳热还原的冶炼工艺，致使中国在2002年到2004年之间，金属矽的产能迅速从年产10万吨，上升到120万吨。结果导致发改委的全面制裁，2006年，金属矽的实际产量又回落到70万吨。总个2006年，仅有上海广济矽材料有限公司大悟矽厂在新疆边陲建设成功万吨级金属矽厂晶鑫厂。其他又新建矽厂。化学用矽是指用于有机矽和多晶矽生产的金属矽。从世界范围来看，冶金用矽的消费量多于化学用矽的消费量，但随着科学技术的不断发展，化学用矽用于有机矽和半导体生产等领域不断拓宽，广泛用于生产有机矽单体和聚合物矽油，矽橡胶、矽树脂建筑物防腐、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。作为积体电路核心的电子元器件，95%以上是用半导体矽制成的，半导体是当代信息工业的支柱。“信息高速公路”中大量套用的光纤电缆中的光纤，也是以金属矽为原料生产的。美国和欧盟化学用矽的消费量已占金属矽总消费量的一半以上。化学用矽作为高新技术领域和重要基础产业得到广泛套用，其消费量是趋于稳定增长的。在国际市场正常情况下，每吨化学用矽比冶金用矽售价高300-400美元。所以，无论从满足出口和国内需求，还是从提高金属矽企业经济效益，提高产品质量，大力发展化学用矽生产都是必要的。 2、化学用矽生产原料在化学用矽生产上，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矽的原料，低灰分的含碳材料作还原剂。电炉法生产化学用矽的原料主要有矽石和碳素原料。碳素原料又以石油焦为主，有优质的无烟煤或木炭，也可以掺用一部分，以增加炉料比电阻。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、氧化矽矿物冶炼金属矽的过程是无渣过程，化学矽冶炼对矽石的选用较严格，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。化学用矽熔炼最好采用矽石。天然形态的氧化矽或者是以独立的石英矿物存在，或者是以几乎全是由氧化矽积成的岩石—矽石，或矽石形态的砂岩存在。生产化学用矽的含有氧化矽矿物中的杂质和粘著物，在熔炼过程中有的完全被还原，有的部分被还原，有的以化合物形态进入产品矽中或生成熔渣。这样不仅增大能量消耗，降低产品质量，还给熔炼过程造成困难。因此，对化学用矽冶炼所用的含氧化矽矿物的化学组成要求严格。要求SiO2大于99%，Fe2O3小于0.15%，Al2O3不大于0.2%，CaO不大于0.1%，杂质总和不大于0.6%。所用矽石在熔炼前必须进行水洗，表面清洁。入炉的矽石要求有一定的粒度。矽石的粒度是冶炼的一个重要工艺因素。矽石适宜粒度受矽石种类、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。一般情况下，6300KVA三相电炉（1983年大悟矽厂建成），要求矽石粒度在8-100mm，3200KVA三相电炉，要求矽石粒度为8-80mm，而且中间粒度组成的比例要大些。粒度过大时，由于不能和捣炉粘料及反应速度相适应，易使未反应的矽石进入液体矽中，造成渣量增多，出炉困难，矽的回收率降低，能耗增大，甚至造成炉底上涨，影响正常生产。粒度过小，虽能增大还原剂的接触表面，有利于还原反应的进行，但反应过程中生产的气体不能顺利排出，又会减慢反应速度。粒度过小时。带入的杂质又会增多，影响产品质量。生产中一般小于5mm的矽石不宜采用。 2.2碳质还原剂化学矽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，矽石焦、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。一般要求固定碳要高，所需还原剂总量减少，从而灰分带入的杂质少，渣量相应减少，电能消耗降低，化学矽中杂质含量降低。碳质还原剂的电阻率要大，气孔率要高。炉料电阻率主要取决于碳质还原剂。碳质还原剂电阻率大，化学活性好，矽的回收率高。石油焦是所用于金属矽生产的还原剂中灰分最低的，含灰分0.17-0.6%，固定碳90-95%，挥发分不大于3.5%-13%。化学用矽冶炼采用石油焦做还原剂，这是因为它的灰分低，有利于提高产品质量。但由于石油焦电阻率小，反应性差，高温下易石墨化，用量偏大时，导致炉况不好控制，造成炉料不烧结、刺火严重、电耗高、出炉困难。木碳具有很高的比电阻和反应能力，而且杂质含量少，是熔炼工业化学用矽的较为理想的还原剂，但用不同的木材和不同的方法制得的木炭其性质也很不同。去皮木炭的灰分含量通常比带皮木炭的灰分含量低二分之一至三分之一，树皮对木炭中灰分的含量有很大的影响。木炭主要成分是碳，灰分较低，一般小于10%。电阻率较大，化学活性好。多年的生产实践证明，木炭是满足冶炼化学用矽需要的重要碳质原料，但炭的来源受到限制，无法再使用木炭还原剂。从国外的情况看，绝大多数国家已不再使用木炭。国内的很多厂家在寻求和使用木炭代用品方面也做了大量工作。实践证明，在各种碳质还原剂中，从反应能力和比电阻的大小来看，烟煤是木炭之外的另一种较为理想的还原剂。烟煤的特点是电阻大，反应能力强，低灰分烟煤是经过洗选获得的。灰分含量可达3%左右，Fe2O3含量达0.2-0.3%，Al2O3含量小于1%。我国还原剂烟煤的灰分含量多在3%以上，而国外还原剂烟煤的灰分的含量多在1%左右，苏联采用的化学法精选烟煤，能得到氧化铁含量低于0.1%的精煤。烟煤代木炭的冶炼工艺的专利由上海广济矽材料有限公司和鄂尔多斯电力冶炼股份有限公司共同拥有。木块的作用在于增加料层的电阻，用量的大小都对炉况产生影响。木块用量过大，料层疏松、炉况变坏，电耗上升，木块由于着火点、含碳量都低，实际作还原剂微乎其微。碳素原料中的杂质主要是灰分，全部由氧化物组成。在化学生产中，灰分中的氧化物也要被还原，既要消耗电能，又要消耗碳素，而且被还原的杂质仍然混入矽液中，降低了矽的强度。在生产实践中，炉料中每增加1%的灰分，就多耗电能100度-120度，因此，要求碳素原料中的灰分含量愈少愈好。 2.3电极电极是化学用矽生产中主要的消耗材料之一。化学用矽冶炼用电极，一般采用石墨电极和碳素电极，目前国内主要采用石墨电极。在矽冶炼炉中，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，用于化学矽冶炼。对电极材料的要求：（1）导电性好、电阻率小，以减少电能损失。（2）熔点要高，热膨胀系数要小，不易变形；（3）高温时有足够的机械强度，杂质含量低。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，是化学用矽冶炼的最佳选择。 3、化学工业用矽的冶炼工艺化学用矽的工艺流程包括炉料准备，电炉熔炼，矽的精制和浇铸，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。矽石在颚式破碎机中破碎到块度不大于100mm，筛出小于5mm的碎块,并用水冲洗洁净。因为熔炉中碎块在炉膛上部熔融，从而降低了炉料的透气性，使生产过程难以进行。石油焦有较高的导电系数，要破碎到块度不大于10mm，又要控制石油焦的粉末量。因其在炉膛口上直接燃烧，会造成还原剂不足。化学用矽生产中，烟煤完全可以取代木炭，如湖南株洲精洗烟煤，固定炭达77.19%，挥发分为19.4%，灰分含量3.41%，Fe2O3含量0.22%，Al2O3含量0.99%，CaO含量0.17%。经生产实践，采用此种烟煤冶炼化学用矽是可行的。生产化学用矽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。石油焦和烟煤的配比按每批矿矽需要的碳量来确定。石油焦和烟煤的比例对炉料的工作电阻影响较大。炉料各组分经称量后，将炉料混合均匀，待捣炉后，将混合均匀的炉料集中加入炉内。保持一定的料面高度，加料均匀。化学矽生产是连续不断进行的。炉内的状况也不是永恒不变的。化学矽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。所以炉内的电气特性是非常重要的，熔炼实行闭弧操作，保持高温炉，提高热效率，提高电炉利用率，在研究中使用容量为3200KVA和6300KVA金属矽炉各一台。熔炼采用一定时间的焖烧和定期集中加料的操作方法进行。正常情况下炉料难以自动下沉，一般需强制沉料。炉况容易波动，较难控制。因此，在生产中必须正确判断，及时处理。每4小时出一次炉，进行精练浇铸，破碎挑渣整理入库。 4、电炉操作化学矽熔炼是在埋弧状态下进行的。为生产出恒定均质的金属矽，需要实行最佳的炉子操作，在熔炼过程中。热量主要来源电能。所以在炉膛内电流的流径路线及各路线的电流量的分布对炉膛内各区的温度分布和整个熔炼过程的进行有重要的影响，要注意保持三相电能的负荷平衡，这样才能提高产量，保证质量，降低电耗。 4.1加料和捣炉要想使矽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，起著主导的作用。生产中，加料和捣炉是结合进行的。要根据熔炼过程的不同情况和特点，适时地完成加料、捣炉作业。为了保持炉内有良好的透气性，需要进行扎眼和捣炉。小捣炉根据炉况而进行，大捣炉一般每一个小时左右进行一次，捣炉要快要透，捣炉捣出的块料推向炉心，捣炉过程中不能边捣炉边加新料。一个电极区一个电极区进行捣炉的操作是不可取的，必须集中统一捣炉、统一加料，这样才能保持较高的熔炼温度。稳定炉子操作最重要的因素是保持料层中恒定的温度分布。如果炉膛温度分布受到[破坏，炉子操作会受严重干扰。生产中炉料的粒度和均匀程度，加料和出炉以及炉膛料面的处理都会影响电极运动。电极移动过大、过强的捣炉都会使炉子操作不稳定。 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。化学矽生产中，我们采用分次投料法，料层结构稳定，电耗低，炉龄长。操作中要处理好几个问题：一是要选择好适合的电气参数，使电极能有适当深度地插入料层；二是要想办法控制好炉料的比电阻；三是炉料粒度对矽的冶炼有重要影响，粒度过大和过小对炉况都不利。闭弧操作的优点是：①炉内料层结构能形成一个完整的体系，炉料依次下沉；②弧光不外露，料面上辐射热损失大大减少，保持高炉温，热效率提高，从而增加产量、提高产品质量和降低电耗。③能使电极消耗量达到平衡稳定，避免发生惦记折断事故。④料面的温度比较低，使料面上的设备受到的热腐蚀较轻，延长了设备的寿命，提高电炉设备的利用率。⑤粉尘较少，可使炉面操作有一个较好的操作环境。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。在化学矽冶炼过程中，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。浅埋电极，一般表明还原剂过剩，电极附近形成火眼，电弧声响亮，出炉矽温度低，数量少、电耗高。深埋电极，如果炉料中还原剂过少，电极将处于较低位置。因为炉料电阻随着炉料中碳的减少而增大，电阻增大使电流负荷下降，电极消耗增加，生产率降低。生产中，电极的埋入深度根据现场操作来确定。调节电极埋入深度就是改变炉料的电阻值，这是调节炉况的最佳手段。当电炉二次电压超过一定值后，电极会受损坏，矽的挥发损失增多，炉膛上部过热，热损失增大。二次电流，受电极允许电流密度的限制，也不能随意增大。电流电压的比值，是炉前操作的重要因素。电流电压比过小，电极下不去，明弧生产难操作。电流电压比过大，电极插入炉料过深，生产不够十分理想。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。炉子工作电压取决于两个方面：一方面是短网结构，要求电效率要高，功率因素应适当。另一方面是炉况，包括炉体结构和生产操作情况，熔炼中工作电阻的阻值很关键，它易变动，应努力使其稳定并趋近最佳值。一般情况，为保证正常的料面温度，提高电压。包这个正常的料面温度在600°C左右。使用符合规格的原材料，炉料粒度大，电阻就小，支路电流大，电极不易深入。超纯矽超纯矽（每一千个原子中杂质不高于几个原子）是最重要的半导体材料，广泛用于计算机、微波通讯、光纤通讯、太阳能发电等方面。半导体矽材料发展很快，每年单晶矽的用量超过2500吨，矽片消费25亿平方英寸。我国矽材料的研究和生产也有很大发展，直径3英寸以下的单晶已达到国际水平，并且建立了切、磨、抛工艺和设备，但总体水平与国际上还有一定差距。所以，我国超纯矽发展潜力很大，任重道远。为什么把现时代称为矽时代?在第七届国际晶体矽生产会议上，科学家们把现时代称为矽时代。为什么把矽提到如此高的地位呢？这是因为，当今世界正处在由工业时代走向资讯时代。在工业时代，领头的是钢铁，所以钢铁生产量标志著一个国家的经济和军事实力。在资讯时代，领头的是半导体材料——矽。可作半导体材料的品种为数是很多的，不过工业生产的品种并不多，主要是矽、锗、砷化镓和磷化镓等，而其中矽占整个半导体材料产量的90%左右。这就是人们把现时代称为矽时代的原因。分类金属矽的分类通常按金属矽成分所含的铁、铝、钙三种主要杂质的含量来分类。按照金属矽中铁、铝、钙的含量，可把金属矽分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。工业上，金属矽通常是在电炉中由碳还原二氧化矽而制得。化学反应方程式： SiO2+ 2C→ Si+ 2CO这样制得的矽纯度为97~98%，叫做金属矽。再将它融化后重结晶，用酸除去杂质，得到纯度为99.7~99.8%的金属矽。金属矽成分主要是矽，因此和矽具有相类似的性质。矽有无定形矽和晶形矽两种同素异形体。无定形矽是灰黑色粉末，实际上也是一种微晶体。晶形矽具有金刚石的晶体结构和半导体性质，熔点 1410℃，沸点 2355℃，莫氏硬度 7，性脆。无定形矽化学性质活泼，在氧气中能剧烈燃烧。它在高温下与卤素、氮、碳等非金属发生反应，也能与镁、钙、铁等金属作用，生成矽化物。无定形矽几乎不溶于包括氢氟酸在内的所有无机酸和有机酸，但能溶于硝酸与氢氟酸的混合酸。浓氢氧化钠溶液能溶解无定形矽，放出氢气。晶形矽比较不活泼，即使在高温下也不与氧气化合，它也不溶于任何一种无机酸和有机酸，但可溶于硝酸和氢氟酸的混合酸以及浓氢氧化钠溶液。参考资料:自动化分析仪
