硅元宇宙(工业硅广交所上市，硅知识早知道)

经研究，广州期货交易所工业硅期货合约正式挂牌交易时间为2022年12月22日，工业硅期权合约正式挂牌交易时间为2022年12月23日(中国证监会)。硅期已至，今天就让我们来了解一下工业硅吧。

工业硅的基本知识

硅（Si­l­i­c­on），是一种化学元素，化学符号是Si，旧称矽。有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上第三周期，IVA族的类金属元素。硅是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%，仅次于第一位的氧（49.4%）。硅有明显的非金属特性，可以溶于碱金属氢氧化物溶液中，产生（偏）硅酸盐和氢气。同时硅的化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质发生反应；硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。

工业上在电弧炉中还原硅石可得到工业硅。工业硅又称准金属硅，是本世纪六十年代中期出现的一个商品名称。金属硅是由硅石和碳质还原剂在矿热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98%左右（近年来，含Si量99.99%的也列在金属硅内），其余杂质为铁、铝、钙等。因其用途不同而划分为多种规格，按照准金属硅中铁、铝、钙的含量，可把准金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。根据硅元素与其他元素含量不同，又可以分为：准金属硅、硅铁、硅锰、硅铝、硅钙、硅钡、硅铬、镁硅、锗硅、硅钴、锌硅、硅钛铁、镍硅、铜硅等合金品种。

工业硅的生产制备

工业上生产硅是在电弧炉中还原硅石（SiO2含量大于99%）得到粗硅。原料主要有硅石和碳质还原剂。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。硅石一般要求SiO2>99.0%，Al2O3<0.3%，Fe2O3<0.15%，CaO<0.2%，MgO<0.15%；粒度为15～80mm。碳质还原剂一般要求固定碳高，灰分低，化学活性好。通常采用低灰分的石油焦或沥青焦作还原剂。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。

工业制硅化学方程式：

2C + SiO2 = 2CO + Si（得到粗硅）

Si + 2Cl2 = Si­Cl4

2H2 + Si­Cl4 = Si + 4HCl（得到精硅）

高纯的半导体硅可在1200℃的热硅棒上用氢气还原高纯的三氯氢硅Si­H­Cl3或Si­Cl4制得。超纯的单晶硅可通过直拉法或区域熔炼法等制备。

实验室里可用镁粉在赤热下还原粉状二氧化硅，用稀酸洗去生成的氧化镁和镁粉，再用氢氟酸洗去未作用的二氧化硅，即得单质硅。这种方法制得的都是不够纯净的无定形硅，为棕黑色粉末。

高纯的半导体硅可在1200℃的热硅棒上用氢气还原高纯的三氯氢硅Si­H­Cl3或Si­Cl4制得。超纯的单晶硅可通过直拉法或区域熔炼法等制备。

实验室里可用镁粉在赤热下还原粉状二氧化硅，用稀酸洗去生成的氧化镁和镁粉，再用氢氟酸洗去未作用的二氧化硅，即得单质硅。这种方法制得的都是不够纯净的无定形硅，为棕黑色粉末。

工业硅的主要用途

工业硅在国民经济生活中应用非常广泛。工业硅作为硅铝及硅基合金、有机硅、多晶硅的基础原材料，其下游应用已经渗透到国防军工、信息产业、新能源等众多行业中，在国民经济社会发展中具有特殊的地位，是新能源、新材料产业发展不可或缺的重要材料，展现了广阔的应用前景。工业硅下游细分产品主要分为多晶硅、有机硅和合金硅；其中，多晶硅又可以进一步冶炼成单晶硅。下游应用行业主要为电子器件、日化产品、光伏、半导体、汽车制造、房地产等。

（1）多晶硅的应用

工业硅经一系列工艺提纯后生成单晶硅、多晶硅，可供光伏产业及电子工业使用。晶硅电池主要应用于太阳能屋顶电站、商业电站和高土地成本的城市电站，是目前技术最成熟、应用最广泛的太阳能光伏产品，占据世界光伏市场80%以上的份额。高纯的单晶硅是重要的半导体材料，现代化大型集成电路几乎都是用高纯度准金属硅制成的，电子工业中广泛应用的二极管、三极管、晶闸管、场效应管和各种集成电路都是用硅做的原材料。高纯度准金属硅还是生产光纤的主要原料，用纯二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纤维。激光可在玻璃纤维的通路里，发生无数次全反射而向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，不受电、磁的干扰，不怕窃听，具有高度的保密性，是最新的现代通信手段。可以说准金属硅已成为信息时代的基础支柱产业。

（2）有机硅的应用

化学工业中，工业硅用于生产各类硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅材料。有机硅兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业中。硅橡胶弹性好，耐高温，用于制作医疗用品、耐高温垫圈等。硅树脂用于生产绝缘漆、高温涂料等。硅油是一种油状物，其粘度受温度的影响很小，用于生产高级润滑剂、上光剂、流体弹簧、介电液体等，还可加工成无色透明的液体，作为高级防水剂喷涂在建筑物表面。随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系。

（3）合金硅的应用

在合金行业中，工业硅主要是作为非铁基合金的添加剂。硅与其他金属可以制成合金，以此来提升其金属性能。硅制成的合金主要包括：硅铝合金、硅铜合金、硅铁合金、硅锰合金等。其中，硅铝合金为合金硅行业的主要产品。硅铝合金是一种强复合脱氧剂，在炼钢过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率，并可净化钢液，提高钢材质量。中国铝合金产品广泛应用于汽车轻量化、电子消费品、建筑、建材、交运制造等领域。特别是新能源汽车行业对工业硅的需求相当大，高硅铝合金因具有比重小、重量轻、导热性好、热膨胀系数低、体积稳定性及耐磨、耐蚀性好等一系列优点，而广泛用作汽车发动机的缸套、活塞、转子、刹车盘等材料。

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