工业硅生产常识问答

1、硅的主要物理化学性质有哪些

答：硅的主要物理化学性质如下：

原子量：28.086 比重：2.34g/cm3

沸点：3427 C

熔点：1413 C

比热：（25 C时）4.89卡/克分子度

比电阻：（25 C时）214000欧姆厘米

纯净结晶硅是一种深灰色、不透明、有金属光泽的晶体物质。它即不是金属，又不是

非金属，介于两者之间的物质。它质硬而脆，是一种良好的半导体材料。硅在常温下很不活

泼，但在高温下很容易和氧、硫、氮、卤素金属化合成相应的硅化物。

硅与氧的化学亲合力很大，硅与氧作用产生大量的热，并形成SiO2：

Si+ O2= SiO2

△ H298=-21O.2千克/克分子

二氧化硅在自然界中有两种存在形式：结晶态和无定形态。结晶态二氧化硅主要以简

单氧化物及复杂氧化物（硅酸盐）的形式存在于自然界。冶炼硅所用硅石，就是以简单氧化

物形式广泛存在的结晶态二氧化硅。结晶态二氧化硅根据其晶型不同，在自然界存在三种不同的形态：石英、鳞石英、方石英。这几种形态的二氧化硅又各有高温型和低温型两种变体。

因而结晶态二氧化硅实际上有六种不同的晶体，各种不同的晶型存在范围、转化情况，随压

力温度的变化二氧化硅的晶型转化不同，不仅晶型发生变化，而且晶体体积也随着自发生变

化。特别是从石英转化成鳞石英时，体积发生明显的膨胀，这就是硅石在冶炼过程中发生爆

裂的主要原因。

结晶的二氧化硅是一种硬、较脆，难熔的固体。二氧化硅的熔点为1713C 、沸点为2590C 。二氧化硅的化学性质很不活泼，是一种很稳定的氧化物。除氢氟酸外、二氧化硅不溶于任何

一种酸。在低温下比电阻很高（1.0 to3Q・Cm但温度升高时，二氧化硅的比电阻急剧下降,

当温度升至2000 r 时，二氧化硅的比电阻只有（100Q ・ ）

硅与氧在自然界中普片存在的形式是二氧化硅。

化硅加热到2000 r 左右时，可获得一种挥发性很强的气态物质

-氧化硅。气态氧化硅只有在

高于1500 r 时才能稳定存在。低于 1500 r 时按下列反应分解:

2 SiO<1500 QSi+ SiO 2

氧化硅的挥发性很强，其蒸气压约在

1890r 时，就达到一个大气压。一氧化硅的高

无色透明、即硬的晶体物质。工业硅生产中形成的碳化硅因含有硅、炭和二氧化硅等杂志,

形成黑色或绿色两种颜色不同的晶体。炭化硅化学活性很差，但在高温下，大于

分解反应:

SiC+2 SiO 2> 1500 r 3SiO+CO

总的来说：炭化硅的主要特性稳定、难分解、高温下比电阻小，不熔于合金。在硅中

只能熔解少量炭：如

1725r 时在液态硅中可熔解 0.32%炭。硅与铁形成硅铁，硅与钙可形

成一系列的硅化钙。硅是“工业之米，金属魔术”

。

2、硅冶炼化学反应进程的影响因素

答：在硅冶炼二氧化硅还原成硅的化学反应过程中如何平衡温度、压力、化学成分、 气象成分。从热力学角度看，所有的反应都要在体系达到平衡状态下向正反应方向进行。

然在生产的实际过程中， 受综合条件的影响，必然有不同程度的波动， 甚至严重打乱和偏离

平衡状态。我们在这里以反应平衡状态为起点来对生产实际过程偏离原因进行分析, 响有利反应的因素。 在冶炼炉中，用 C 还原SiO 2的反应如下:

但是，在一定条件下，将硅和二氧化硅混合加热到

1500 C 以上时，或将炭各过量二氧

挥发性硅石还原过程中起着十分重要的作用。

硅与碳可以形成炭化硅

（SiC ）o 纯炭化硅是种

1500 C ,

炭化硅能与某些氧化物强的气体作用发生分解。

如在高温下遇到二氧化硅时，

就能产生以下

寻找影

厚度其反应就可充分进行，直到炉料中的

C 全部反应。

b 、 SiO- SiC 层

这一层处于SiO 2-C 以下，其温度大于 1500C ，又在层界交汇处，反应物层界交汇处,

反应物SiO 2是上层中末消解完而沉落下来的。其化学计量数为（ 应物是上层的产物

SiC ，随着温度的升高，相比强化。在这一层中

SiC 是过剩相。有SiC 存

在时在该温度区 SiO 2是非稳定相，直到将 SiO 2全部反应。随温度和压力的逐渐升高，为下

步Si 的生成反应创造条件。由于此时反应是吸热，导致该层温度上升缓慢，因而这层不 能满足Si 生成的条件。

C 、 SiC-Si 层

在本层紧连着SiO 2- SiC 层，由于上层反应产生的炉气同时充满着本层，这层离电弧区

更近，故温度更高，有利于Si 反应生成，温度越高反应越激烈， 体系中生成的Si 也越稳定。

生成的液态Si 从SiC 表面低落下来，离开反应区。反应不断进行，直到把 SiO 2+C 700-1200 C SiO+ CO SiO+2C 1200-1500 C SiC+ CO 2SiO 2+ SiO 1500-1800 C 2Si+ CO SiO+SiC 1800-1980 C 2Si+ CO

在冶炼硅时，炉料从炉口加入，随着反应的进行，炉料逐渐预热下沉,

温度渐渐升高,

炉料在多层中的反应逐步展开，现分层分析如下:

a 、SiO 2-C 层

这一层是出于炉膛上部物料预热散料层。冶炼用炉料的配料比，每批料的

C 与SiO 2的

配比为2:1，此层温度小于1200C ，该层中主要凝聚相是 SiO 2与C 共存。

与其他梯阶层相

比，最显著不同是有大量的

C 存在。低温时的主要反应以 SiO 形态存在。 反应随着炉料下

沉加热，温度升高大于

1500 C 生成SiC 反应，反应随温度升高而加速。这一层反应温度不

是很高，在实际生产中都能满足，加上这一层里

SiO 2为过剩相。所以只要在散料层有一定

C/SiO 2=1/3 ）。主要参与反 SiC 消耗完。