冶炼工业硅的原料主要有硅石、碳质还原剂。由于对工业硅中铝、钙、铁含量限制严格,对原料的要求也特别严格。
硅石中SiO299.0%,Al2O30.3%,Fe2O30.15%,CaO0.2%,MgO0.15%;粒度为15~80mm。 选择碳质还原剂的原则是:固定碳高,灰分低,化学活性好。通常是采用低灰分的石油焦或沥青焦作还原剂。但是,由于这两种焦炭电阻率小,反应能力差,因而必须配用灰分低,电阻率大和反应能力强的木炭(或木块)代替部分石油焦。为使炉料烧结,还应配入部分低灰分烟煤。必须指出,过多或全部用木炭,不但会提高产品成本,而且还会使炉况紊乱,如因料面烧结差而引起刺火塌料、难以形成高温反应区、炉底易开成SiC层、出铁困难等。
进入21世纪以来,随着我国各地区能源和原材料供应状况和价格的不断变化,不适合继续生产的企业关停,而具有能源等供应优势地区的新建工业硅企业的建设,仍在不断进行着。2004年以来,国家对一些资源性产品行业出台了一系列宏观调控政策,工业硅行业是被国家宏观调控的行业之一。近几年来工业硅企业又面临着新的考验和抉择。1957年至今,经过50多年的发展,我国建成投产的工业硅企业达到600家以上,目前仍在生产的企业有200家以上,拥有生产能力达到200万t/a以上,实际年产量早已超过100万吨。
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。
随着国内建筑以及基建需求的不断增加,我国硅铁表观消费量呈不断上升趋势,我国硅铁表观消费量为505万吨。
据杭州中经智盛市场研究有限公司发布的《2022-2026年工业硅冶炼行业现状调研与发展前景研究报告》显示:1787年,存在于岩石中的硅首次被拉瓦锡发现,1800年被戴维误认为是一种化合物。1811年,J.L.盖吕萨克和L.-J.泰纳尔加热钾和四氟化硅得到不纯的无定形硅,根据拉丁文silex(燧石)命名为silicon;同年,Gay-Lussac和Thenard用硅的四氟化物与碱土金属反应,发现在反应当中生成赤褐色的化合物(可能是含不纯物无定形的硅)。直到1823年,硅首次以一种元素形式被瑞典化学家贝采利乌斯(J?ns Jacob Berzelius)发现,并在一年后用与盖-吕萨克大致相同的方法,提炼出了无定形硅;随后用反复清洗的方法将单质硅提纯;同年,贝采利乌斯以氧化硅的粉末,加以铁,碳的混和物在高温下加热,得到硅化铁。
但是为了抽取纯的硅,贝采利乌斯使用硅-氟-钙的化合物,干烧之后得到的固体,加水分解得到纯硅。1824年,在斯德哥尔摩,贝采利乌斯通过加热氟硅酸钾和钾获取了硅。这个产物被硅酸钾污染,但他把它放在水中搅拌,由于水会与之反应,因此得到了相对纯净的硅粉末,因此发现硅的荣誉归属于贝采利乌斯。1824年J.J.贝采利乌斯用同样的方法,经过反复洗涤除去其中的氟硅酸,得到纯无定形硅。直到1854年,结晶的矽才被提炼出来;同年H.S.C.德维尔也第一次制得晶态硅。
我国的工业硅生产与国外相比,突出的特点是:工业硅炉容量较小,台数较多,生产企业多而分散。我国工业硅生产的这种状况优点是:资金容易筹集,建设周期短,速度快,能迅速取得投资效益,便于停炉、开炉,能更好地利用分散的剩余电力和季节性水电,能为更多的人提供就业机会,发挥人力资源优势。存在的问题是:炉容量小,热稳定性差,不易取得好的技术经济指标,一些先进的技术和操作管理经验难于推广普及;企业之间难于形成统一的意志和行动,企业占地面积较大,规模不经济。