金属硅性能、种类、产业链及产能情况如何？

硅基产业链源头，产业链覆盖国民经济多个重要领域。

硅（Silicon，化学符号 Si，原子序数 14）是地壳中第二丰富的元素，在地壳中约含 26.4%。 在自然界中，硅极少以单质的形式存在，而是以复杂硅酸盐或二氧化硅的形态广泛存在 于岩石、砂砾、尘土中。金属硅（SiliconMetal），又名工业硅、结晶硅，是由硅石经碳 质还原剂在矿热炉中还原所得。金属硅是生产有机硅、多晶硅最重要的原材料，同时是 铸造铝合金、变形铝合金的重要原材料。（1）物理性质，金属硅固体形态时呈暗灰色； 金属光泽；熔点 1410℃、沸点 3145℃、密度 2300-2400kg/m3；在 650℃下不具导电性， 650℃以上随温度升高导电性增强。（2）化学性质，高温下能与氧、氯、卤族元素等结 合成化合物；不溶于水和任何浓度的硝酸、盐酸，但溶于碱液、硝酸或盐酸与氢氟酸的 混合液中。

金属硅种类丰富，根据金属硅国家标准（GB/T2881-2023），金属硅按铁、铝、钙 3 种主要杂质含量的差异，分为 Si5530、Si4410、Si4210、Si3303、Si2202 等规格。 金属硅的名义硅含量为 100%减去杂质总和的余量（杂质为铁铝钙），其余微量元素含量 不影响牌号的划分，分类标准是按照金属硅杂质中铁、铝、钙元素的最高含量要求对金 属硅进行分类，例如，Si2202 中第一个“2”即铁含量≤0.2%，第二个“2”即铝含量 ≤0.2%，“02”即钙含量≤0.02%。另外，随着下游生产技术水平的进步，对金属硅的 要求逐渐降低，市场上出现了一些低于国家标准的金属硅如 97 硅。近年来金属硅的回 收体系逐渐完善，回收效率不断提高，金属硅磨粉、多晶硅以及硅片切片等环节所产生 的废料，经中频炉回炉熔炼后得到再生硅，其名义硅含量在 99.0%左右。

金属硅多元产业链延伸，区域一体化布局逐渐兴起。因地区矿石杂质含量和冶炼工艺不 同，地区牌号有所不同，如新疆和四川以通氧 553#，421#为主，云南以 441#，3303#， 421#为主。新疆、四川和云南作为金属硅传统硅产业基地就地转化率持续提升，内蒙古 自治区、青海、宁夏自治区和甘肃等新兴产业基地发展日新月异。 金属硅下游分布主要集中于有机硅（26.8%）、多晶硅（52.8%）、铝硅合金（18.9%）及其他（1.5%）。通过区域特点和不同应用领域对金属硅牌号的需求，金属硅产业链在 各地区展现出多样化和分工合作的发展态势。其中，（1）有机硅，对金属硅杂质含量要 求较高，一般要求铁含量在 0.4%或 0.5%以内、铝含量在 0.2%以内、钙含量在 0.1%以 内，主要使用牌号有 Si4210、Si4410、Si5210 等；（2）多晶硅，由最初使用的 Si4210、 Si4110，逐渐转变成以 Si4210 为主，Si5210、Si4410、Si5530 以及硅含量在 99%左右 的 99 硅为辅的规格。对于微量元素杂质主要关注影响光电装换效率的硼，以及影响半 导体性能的碳；（3）铝合金，对于金属硅质量要求大致相同，主要考虑铁、钙 2 种杂质， 而由于除铁剂价格较低，通常情况下对钙含量更为关注。其中，再生铸造铝合金典型牌 号 ADC12 主要使用 Si5530 金属硅及其他金属硅，原生铸造铝合金 A356.2 主要使用 Si4410 及 Si3303 等。另外少量变形铝合金会对微量元素磷等元素有要求。

国内金属硅制备普遍应用电弧炉碳还原法。金属硅冶炼是以硅石（@SiO2 99%min，石 英砂）和碳质还原剂（石油焦、洗精煤、木炭等）以及疏松剂（木片木块、玉米芯、松子球、椰子壳等）作为原料，在矿热炉内连续进行的电热还原反应。首先将原料硅石经 过洗选、筛分并干燥后，根据所用还原剂的种类，分别按不同的比例配料用计算机程序 控制各料比例进行混匀，进入电炉内；其次在电极上通往电流，加热颅内的物料，其液 相线在 1410℃以上，炼制需要达到 1800 摄氏度以上的高温，硅在颅内被还原出来并呈 液态，通过出硅口放出并铸成硅锭，经过破碎、包装成金属硅粉销售。据百川盈孚数据 显示，制备 1t 金属硅，所需硅石 2.6-2.8t，电极 0.1t，碳质还原剂 1.4-1.8t，另外电力 消耗 12000-12500kwh。我们根据质量守恒定律测算 1t 金属硅所需硅石 2546kg，所需 电极 100kg，全焦则需要石油焦 1244kg，全煤则需要煤 1659kg，焦煤混合则需要石油 焦 622kg，洗精煤 829kg，对比理论值与实际值基本一致。

石墨电极凭借导电性及热稳定性强成为首选加热材料，而煤和天然气加热温度低及热稳 定性较差。金属硅生产工艺属于电还原反应，选用石墨电极进行电加热而非煤/天然气加 热是因为石墨电极拥有更强的导电性、导热性、化学稳定性等优势，据 SMM 硅世界披 露，金属硅生成过程中矿热炉内温度需要达到 1800℃以上，而煤加热最高温度仅为 1400℃，即使天然气加热最高温度可达 1800℃，但此温度仅在火焰中心，在火焰中心 之外，温度应迅速降低到 1500℃以下，热稳定性较差。因此，即使金属硅生产工艺属于 热还原反应，但仍需通过石墨电极导电来保证炉内温度恒温且稳定。

电热炉是生产金属硅的关键设备，其保障了金属硅质量及还原的稳定性。炉内的配置主 要包含旋转式炉体，耐火材料、出炉口、集烟箱式烟罩、电极控制系统等。其中，电炉 炉衬的内衬使用高铝质和镁土质、碳质耐火材料；出炉口附近使用一级镁砖及镁质料， 结合碳质硅砖等耐火材料砌筑而成。密封炉的炉盖以水冷钢梁作为骨架砌以耐火砖及耐 火材料。

25500kva 型热炉相较 6300kva 型热炉日生产金属硅产量高出 30 吨左右。早在 2003 年，出于经济实用性和技术成熟度的考量，国内金属硅生产设备主要以 10000-20000kva 型热炉为主，随技术突破与迭代，不同型号的热炉相继研发成功，包括 12500kva、 25500kva、33000kva 等。根据《工业硅炉系列化技术参数探讨》中指出，25500kva 型 热炉相较 6300kva 型热炉日生产金属硅产量高出 30 吨左右，这说明更大容量的热炉在 金属硅生产过程中具有显著的优势。除此之外，大容量热炉便于实现机械化、自动化， 在努力追赶智能化时代的同时，其更具有独特的“性价比”。

随着国内对产业结构的调整，新增产能炉型必须使用 25000kva 及以上规格。据 Mysteel 数据统计，全国工业硅企业统计总炉数 634 台，在开 255 台，月产量接近 25 万吨。其 中炉型小于等于 20000KVA 炉型总数量 579 台，占总炉数 90%，20000KVA 及以上炉型 总数 159 台，占炉子总数 25%左右。此外，《产业结构调整指导目录（2019 本）》明确 限制，2×2.5 万千伏安以下普通铁合金矿热电炉（中西部具有独立运行的小水电及矿产 资源优势的国家确定的重点贫困地区，矿热电炉容量<2×1.25 万千伏安）；2×2.5 万千 伏安及以上，但变压器未选用有载电动多级调压的三相或三个单相节能型设备，未实现 工艺操作机械化和控制自动化。分地区看，根据《云南省人民政府办公厅关于推动落后 和低端低效产能退出的实施意见》中显示，到 2025 年云南区域将会面临相关的能耗退 出，对云南区域的工业供应造成一定的影响，以及相关产业升级。金属硅行业主要还是 以中小型炉子为主，随着近几年的发展，新建工业硅矿热炉基本以 25500KVA 及 33000KVA 矿热炉为主，且随着北方主产区（宁夏、新疆，内蒙古、甘肃）等西北区域 新增产能的释放，且西北区域前两年相关能耗政策的调整，基本淘汰 125000KVA 炉型。 预计能效改造及淘汰对于主要影响以南方产区广西、四川、云南，贵州等地为主。

追求绿色环保，严格把控热炉后工艺气体排放指标。随着环保政策的趋严及企业污染物 排放总量的约束，部分硅企已对电炉增设脱硫脱硝烟气治理设施。目前国内烟气治理主 要工艺为湿法工艺、传统干法工艺和高效干法工艺，其中高效干法工艺最具经济性，其 设备投资费用和运营成本较湿法便宜 313 万元/209.14 万元/年，较传统干法便宜 1050 万元/126.91 万元/年。