在2023 SMM (第十二届) 硅业峰会上，昆明理工大学教授，系副主任陈正杰分享了硅冶炼新技术进展。
硅能源概况
硅能源概况
中共中央政治局2022年1月24日就努力实现碳达峰碳中和目标进行第三十六次集体学习。习近平指出，要把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置，积极有序发展光能源、硅能源、氢能源、可再生能源。要加快发展有规模有效益的风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等新能源，统筹水电开发和生态保护，积极安全有序发展核电。
广东省出台了《广东省硅能源产业发展行动计划（2022-2025年）》。重点发展高效低成本硅片、电池片、组件和逆变器等产业，发展安全经济新型储能电池，发展光电器件核心技术攻关；推动硅能源数字化发展；做大做优装备及零部件；健全关键材料配套能力；加大新技术新产品推广应用；推动退域器件硅基材料循环利用；持续提升智能制造水平重点：加大财税和金融支持力度；加强重大项目招引和服务；强化资源要素保障；支持开展国内国际交流合作；加强行业规范和安全管理。
从绿色能源到绿色能源，实现绿色能源与有色金属智能制造的深度融合是可持续发展的必然选择！
中国硅光伏产业概况
2022年中国多晶硅产量为82.7万吨、硅片产量为357GW、电池片产量为318GW、组件产量为288.7GW，同比分别增长了63.4%、57.5%、60.7%和58.8%。
2022年中国新增装机87.41GW，其中分布式新增装机51.11GW，同增74%；集中式新增装机36.3GW，同增41.8%。2022年出口规模第一次超过500亿美元。其中，组件出口423.61亿美元，硅片50.74亿美元，电池38.15亿美元。
2022年全球新增装机230GW，预计2023年全球装机280-330GW，我国95GW-120GW。
问题：国内光伏用地需求受到限制、电力市场交易给光伏发电收益带来不确定性。国外贸易壁垒给我国光伏企业拓展海外市场带来困难、海外大力发展本土制造业有可能对我国光伏制造业造成冲击。
工业硅绿色冶炼新技术进展
工业硅绿色生产
工业硅属于国家战略性新兴产业，广泛用于光伏、有机硅等行业
“双碳”背景下硅能源的快速发展增加了对工业硅的需求
高纯多晶硅、有机硅等已被列入国家《战略性新兴产业分类(2018)》，2021年工业硅的需求分别达76.8万吨和120万吨，比2020年需求增长为20%和3.4%，2022年我国工业硅产量约为335万吨，同比增长24%左右，自2023年起国家统计局将工业硅纳入十种有色金属统计范围。
高品质工业硅生产技术
工业硅生产存在单耗较高、炉底上涨、杂质去除困难等技术难题
工业硅影响：多晶硅生产中对工业硅中B、P含量有针对性要求；有机硅单体合成对工业硅钛、磷等微量元素和物相有定向要求。。
开展了“高品质工业硅清洁生产关键技术” 研究；提出了“复合生物质碳还原剂生产-矿热炉强化熔炼-高效复合炉外精炼”技术路线。
发明了生物质、石油焦、煤、兰炭为原料的新型复合碳质还原剂制备新技术，实现了在工业硅冶炼过程的产业化应用。
构建了复合生物质碳还原剂的组分设计理论基础；还原剂比电阻大于3500μΩ∙m；硅的直收率提高了5 个百分点。
发明了复合炉外精炼新技术，成功研制了炉外精炼配套装备。
新型炉外精炼技术与理论，B、P 含量低于国家标准限值，满足多晶硅生产用；
产品中Ti、Ni、Pb 和Bi 含量满足有机硅单体合成用需求；
新型炉外精炼装备，炉外精炼时间缩短30min 以上。
研发了矿热炉强化熔炼新技术，实现在大容量矿热炉上生产应用。
扩大了高温“坩埚”反应区域，实现了强化熔炼；
有效抑制了矿热电炉炉底上涨。
工业硅微量元素相赋存及调控技术
对比4110#Si：Fe含量增加，FeSi2析出量增加；Ca含量增加，CaSi2析出量增加；Al含量增加，FeSi2转变为Si8Al6Fe4Ca；CaSi2转变为CaAl2Si2
对比4110#Si：Al含量增加，Si8Al6Fe4Ca、CaAl2Si2析出量增加；过剩Al导致析出τ4、τ2甚至Al(Si)析出，Al(Si)相为毒害相。
当Al 含量足够将Fe 完全转化为Si8Al6Fe4Ca 相时， Ca 含量的增加有利于Si8Al6Fe4Ca、CaAl2Si2析出量增加。
工业硅冶炼用新型还原剂研究进展
通过新型生物质还原剂产业化试验得出结论，不同还原剂情况下冶炼电单耗线性拟合结果发现，冶炼电单耗降低300-500kWh。
工业硅冶炼渣回收技术
在生产过程中硅渣约占工业硅产量的10%，预计2022年产量约40万吨。
通过硅渣物相成分分析发现，硅渣主要成分为单质硅、碳化硅、硅酸盐。
从微观结构来看，硅渣中夹杂硅颗粒粒度不一，破碎至一定粒度时可实现单体解离。硅相硬度小于渣相，硅渣破碎时为硅硅断裂。
通过对硅渣界面分析发现，硅/渣之间界面清晰，界面处没有明显过渡相存在。
破碎解离技术
高压辊磨机破碎效率较高，可实现硅/渣相高效解离。
辊磨之后硅渣表面更为粗糙，利于浮选药剂的吸附。
界面调控与分选技术
通过氢氟酸辅助浮选回收硅工艺，观察氢氟酸及浮选药剂对浮选效果的影响发现，氢氟酸表面预处理联合浮选药剂界面调控，提高硅的浮选回收率，实现硅的回收。
硅-钛合金提取及精炼技术
硅智能工厂评价体系探讨
硅材料+数字孪生智能工厂评价体系构建
我国“制造强国、质量强国、网络强国、数字中国”战略总体部署，以“绿色设计、绿色制造、绿色评价、绿色技术”为主线，基于硅光伏绿色制造长期利益的内涵，评价体系构建包含：
（1）硅材料基因系统
（2）智能制造评价系统
（3）碳排放分析系统
（4）全产业链LCA评价系统
（5）低碳生产及再生循环评价系统
（6）碳交易评价系统
（7）安全防控技术评价系统
（8）专利及标准评价系统
8个方面多项指标，囊括制备能力、绿色环境、数字网络、研发创新、安全防控、成果转化等方面的硅光伏绿色制造评价体系。
发展建议
产业集群绿色发展——进一步延链强链完善产业链，积极融入国家重大战略，打造中国工业硅绿色生产体系，为国家双碳计划贡献力量；
产业创新驱动发展——积极开发低碳绿色新技术，建设世界一流水平的绿色低碳硅能源国际创新中心，驱动产业可持续发展；
产业标准引领发展——加强绿色产业标准体系构建，建设世界一流水平的标准化技术与人才培养高地，引领产业国际化发展。
