目前全球工业硅的生产工艺较为成熟,主流工艺为电弧炉法。工业硅冶炼过程的实质是高温还原反应,首先对硅石进行破碎、筛分、干燥处理,将其与木炭、煤、石油焦等还原剂按照一定比例进行配比,混匀后加入电弧炉冶炼。在 2000℃的高温条件下,硅石中的二氧化硅被碳质还原剂还原生成工业硅液体。为进一步降低工业硅中铝、钙等易与氧气结合的杂质含量,通常在工业硅液体底部通入氧气。
最后将硅锭冷却脱模,进行破碎、分级、包装、称量、入库等工序。我国生产工业硅的电弧炉主要有12500kva、25000kva 和 33000kva 三个型号,随着生产技术的进步以及淘汰落后产能政策的实施,我国电弧炉逐渐向大型化方向发展。2022 年我国 116 个工业硅冶炼新增项目中,至少 71 个项目的炉型为 33000kva,新增大型炉占比高于往年。
工业硅的生产成本主要包括原料、电极和电力消耗,其中电力成本占据核心位置。原料可分为硅石和还原剂,硅石经破碎筛选后符合入炉粒度要求,还原剂则包括石油焦、精煤、木炭,再加入适量木块对炉料进行疏松。企业在实际生产中通过调整还原剂的种类与配比,以实现不同规格工业硅的生产,并有效降低生产成本。
根据还原剂种类,我国工业硅生产可分为全煤工艺与非全煤工艺,前者还原剂仅包含精煤和木块,而后者还原剂为精煤、石油焦、木炭、木块。目前我国新疆等煤炭资源丰富的地区主要采用全煤生产,在保证正常生产的同时具备成本优势。对我国工业硅生产在两种工艺下的成本进行估计,全煤生产的总成本约为 14627.5 元/吨,非全煤生产的总成本约为 15449 元/吨,比前者高出 821.5 元/吨。超出部分大多源自还原剂损耗,全煤生产中的还原剂成本约为 5107.5 元/吨,较非全煤生产低 986.5 元/吨,且全煤生产中还原剂占比约为 34.92%,较非全煤生产低 4.53%。
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