金属硅的制造和性质

一、金属硅（工业硅）核心性质

• 核心成分：以硅（Si）为主体（纯度98.5%~99.9%），含少量Fe、Al、Ca等杂质，是介于金属与非金属间的半导体材料。

• 关键物理性质：灰黑色有金属光泽，硬而脆；熔点1414℃、沸点3265℃；常温下导电率低，高温/掺杂后导电性能显著提升。

• 化学性质：常温下稳定，不与水、酸（氢氟酸除外）反应；高温下可与氧、氯、碳等反应，兼具金属的还原性和非金属的成键性。

二、金属硅核心制造工艺（工业主流：碳热还原法）

1. 原料准备（核心三原料）：

◦ 硅石（SiO₂，纯度≥99.0%）：硅的来源，是最主要原料；

◦ 还原剂（焦炭、木炭、石油焦）：提供碳元素，还原硅石中的氧；

◦ 助熔剂（萤石CaF₂）：降低炉渣熔点，提升反应效率。

2. 核心设备：矿热炉（电弧炉，容量2500~45000kVA），靠电弧产生高温（1800~2200℃）驱动反应。

3. 核心反应（高温下进行）：

◦ 第一步：SiO₂ + C → SiO + CO↑（中间反应，生成一氧化硅）；

◦ 第二步：SiO + 2C → Si + 2CO↑（主反应，生成粗硅即金属硅）。

4. 后续处理：出炉后冷却、破碎，通过酸洗（去除Fe、Al等杂质）提升纯度，最终分级为不同牌号（如553、441、3303等，数字代表杂质含量）。

补充关键要点

• 制造特点：高能耗（每吨金属硅耗电约8000~12000度）、高污染（排放CO、粉尘），产能主要集中在能源丰富地区（如中国西南、西北）。

• 核心用途：不是直接使用，是光伏、半导体、合金的“基础原料”——光伏级硅料（多晶硅/单晶硅）的前驱体、铝合金脱氧剂、有机硅原料。