如何破解多晶硅企業(yè)的四氯化硅問(wèn)題

????多晶硅因用于新能源光伏產(chǎn)業(yè)而名聲大噪。它曾經(jīng)創(chuàng)造的財(cái)富神話更是吸引了大量企業(yè)紛紛上馬多晶硅項(xiàng)目。然而面對(duì)副產(chǎn)物四氯化硅的處理難題，多晶硅企業(yè)正騎虎難下：不處理的話會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，而且因資源浪費(fèi)生產(chǎn)成本也會(huì)增加；處理的話暫時(shí)又沒(méi)有令人滿(mǎn)意的穩(wěn)定可靠的技術(shù)作支撐。

????四氯化硅到底能否被資源化利用？目前的困難究竟是“攔路虎”還是“紙老虎”？利用2010年四氯化硅資源化技術(shù)研討會(huì)的機(jī)會(huì)，CCIN記者進(jìn)行了深入采訪。

????副產(chǎn)品成了企業(yè)命門(mén)

????四川新光硅業(yè)科技有限責(zé)任公司總經(jīng)理陳紹章說(shuō)：“目前制約中國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸是副產(chǎn)物四氯化硅的處理問(wèn)題。每生產(chǎn)1千克多晶硅將產(chǎn)生10～15千克四氯化硅，一個(gè)1000噸/年的多晶硅廠每年副產(chǎn)的四氯化硅將達(dá)到1萬(wàn)～1.5萬(wàn)噸。中國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，預(yù)計(jì)今年產(chǎn)量將達(dá)到4萬(wàn)噸。副產(chǎn)的四氯化硅就將達(dá)40萬(wàn)～60萬(wàn)噸，數(shù)量巨大。如果僅僅將這些四氯化硅經(jīng)簡(jiǎn)單水解處理甚至直接排放，將會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)造成巨大的壓力，同時(shí)也大大增加了原料硅粉和液氯的消耗，多晶硅企業(yè)的生產(chǎn)成本將沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力?！?

????據(jù)了解，一些多晶硅生產(chǎn)企業(yè)甚至?xí)迅碑a(chǎn)品四氯化硅倒貼運(yùn)費(fèi)送給下游企業(yè)。為什么四氯化硅出現(xiàn)了白送的情況？成都蜀菱科技發(fā)展有限公司技術(shù)總裁沈祖祥接受CCIN記者采訪時(shí)說(shuō)：“目前多晶硅企業(yè)主要關(guān)注的是如何投產(chǎn)和達(dá)產(chǎn)，能生產(chǎn)出來(lái)多晶硅就好，尚無(wú)暇顧及副產(chǎn)物的利用問(wèn)題。前幾年，為了盡快上馬搶占市場(chǎng)，中國(guó)多晶硅企業(yè)紛紛從國(guó)外引進(jìn)成套裝備。殊不知多晶硅生產(chǎn)是個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括合成、氫化、還原、分離等諸多環(huán)節(jié)，所以引進(jìn)裝備可以說(shuō)是‘八國(guó)聯(lián)軍’牌。比如合成爐進(jìn)口俄羅斯的，還原爐進(jìn)口德國(guó)的，尾氣回收裝置進(jìn)口美國(guó)的。要把這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)開(kāi)起來(lái)，產(chǎn)出多晶硅本身就是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。至于副產(chǎn)物利用就更是無(wú)暇顧及。”

????但現(xiàn)在市場(chǎng)變了。會(huì)上多位企業(yè)家也向CCIN記者反映，現(xiàn)在多晶硅市場(chǎng)售價(jià)跌去一大半，四氯化硅白送的成本壓力太大了。如何將四氯化硅資源化利用成為企業(yè)能否生存的關(guān)鍵。目前很多規(guī)模較小的多晶硅企業(yè)已經(jīng)因?yàn)榭覆蛔〕杀緣毫Χ娂娤埋R。

????四氯化硅到底可以怎樣被利用呢？大陸產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)副總裁岳菡因?yàn)樯像R多晶硅項(xiàng)目，曾多次到國(guó)外考察和參觀。他告訴CCIN記者，美國(guó)多晶硅工廠所有副產(chǎn)物，包括四氯化硅的銷(xiāo)售都不存在瓶頸問(wèn)題，根本不會(huì)像國(guó)內(nèi)的一些多晶硅工廠還要倒貼錢(qián)把四氯化硅處理掉。美國(guó)多晶硅企業(yè)認(rèn)為，年產(chǎn)量達(dá)1000噸的工廠，四氯化硅就應(yīng)當(dāng)就地轉(zhuǎn)化為三氯氫硅回用到系統(tǒng)中，不能作為副產(chǎn)物對(duì)外銷(xiāo)售；年產(chǎn)量達(dá)3000噸的多晶硅工廠，就應(yīng)當(dāng)對(duì)廢棄的氯硅烷采用回收工藝；年產(chǎn)量達(dá)10000噸的多晶硅工廠，金屬硅就應(yīng)當(dāng)就地生產(chǎn)。這主要是考慮了安全和運(yùn)輸成本兩個(gè)因素。

????理論上已有解決辦法

????陳紹章說(shuō)，實(shí)際上，國(guó)際上對(duì)四氯化硅綜合利用早有辦法，主要有廠內(nèi)廠外兩個(gè)方向：一是將副產(chǎn)物四氯化硅轉(zhuǎn)化為多晶硅的原料三氯氫硅，進(jìn)而返回生產(chǎn)系統(tǒng)直接生產(chǎn)多晶硅，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的閉路循環(huán)；一是利用四氯化硅作為原材料生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品，如白炭黑、硅酸乙酯及有機(jī)硅產(chǎn)品等，實(shí)現(xiàn)多晶硅生產(chǎn)廠外的綜合利用。

???在廠內(nèi)閉路循環(huán)方面，需要采用氫化技術(shù)將四氯化硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅。具體來(lái)講，在這個(gè)過(guò)程中可供選擇的技術(shù)包括熱氫化技術(shù)、冷氫化技術(shù)、等離子體氫化技術(shù)、鋅還原技術(shù)等。

????熱氫化技術(shù)是指四氯化硅與氫氣在1200℃以上的溫度下直接反應(yīng)生成三氯氫硅和氯化氫。該技術(shù)必須輔以氣體分離裝置和三氯氫硅合成裝置以分離反應(yīng)產(chǎn)物和處理氯化氫。熱氫化方法的整個(gè)反應(yīng)屬于氣相反應(yīng)，對(duì)設(shè)備沒(méi)有磨損，轉(zhuǎn)化的三氯氫硅純度高，容易實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。既可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長(zhǎng)周期連續(xù)穩(wěn)定安全運(yùn)行，又能保證生成的三氯氫硅質(zhì)量。陳紹章介紹說(shuō)，目前新光硅業(yè)公司熱氫化技術(shù)已取得工業(yè)化突破，該公司承擔(dān)的“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃——大型四氯化硅熱氫化技術(shù)與裝置研究，已于2009年通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。采用熱氫化技術(shù)，可將還原過(guò)程產(chǎn)生的四氯化硅100%轉(zhuǎn)化為多晶硅的原料三氯氫硅。實(shí)現(xiàn)了四氯化硅一次轉(zhuǎn)化率大于20%，氫化反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫100%回收用于合成三氯氫硅。僅節(jié)約的三氯氫硅合成耗材費(fèi)一項(xiàng)，就相當(dāng)于每千克多晶硅的生產(chǎn)成本降低約40元。

????冷氫化技術(shù)是將四氯化硅、氯化氫、氫氣與硅粉在500℃溫度下反應(yīng)生成三氯氫硅。該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：裝置單一、投資小；反應(yīng)溫度低、操作穩(wěn)定；對(duì)原料純度要求低，多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)的二氯硅烷可與四氯化硅發(fā)生歧化反應(yīng)生成三氯氫硅；轉(zhuǎn)化率高、能耗低。目前洛陽(yáng)中硅高科技有限公司已經(jīng)成功采用冷氫化技術(shù)處理四氯化硅。美國(guó)LXE太陽(yáng)能技術(shù)公司擁有世界先進(jìn)的冷氫化多晶硅生產(chǎn)工藝技術(shù)，在世界上已經(jīng)有2家工廠成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。該公司目前正在與江西賽維公司、昆明冶研新材料股份有限公司進(jìn)行相關(guān)技術(shù)合作。

????此外，鋅還原法、等離子體還原法等也受到了業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注，但由于受規(guī)?；瘧?yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性、純度、物料閉環(huán)回收等因素的影響，其實(shí)用性要進(jìn)一步驗(yàn)證。

????在廠外綜合利用方面，我國(guó)有機(jī)硅行業(yè)泰斗、原化工部晨光化工研究院院長(zhǎng)傅積賚接受CCIN記者采訪時(shí)說(shuō)：“以四氯化硅為原材料一方面可以生產(chǎn)白炭黑、光纖預(yù)制棒、硅酸乙酯等產(chǎn)品，這些工藝技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。另一方面用四氯化硅作原料生產(chǎn)甲基氯硅烷、苯基硅烷，進(jìn)而生產(chǎn)有機(jī)硅產(chǎn)品是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，但是目前尚沒(méi)有十分令人滿(mǎn)意的技術(shù)路線，需要進(jìn)一步研究探討?！?

????如此看來(lái)，理論上四氯化硅處理有可行的技術(shù)路線，那么企業(yè)又為何而愁呢？

????實(shí)踐中還有諸多難題

????當(dāng)CCIN記者向與會(huì)的專(zhuān)家、企業(yè)家提出這個(gè)疑問(wèn)時(shí)，才知道四氯化硅處理實(shí)施過(guò)程中仍然有一些障礙。但他們同時(shí)也表示，只要企業(yè)花力氣不斷改進(jìn)和完善，四氯化硅利用完全可以不再是“攔路虎”。

????四川永祥多晶硅有限公司副總經(jīng)理易正義說(shuō)：“在廠外綜合利用方面，將四氯化硅用于生產(chǎn)白炭黑、光纖預(yù)制棒和硅橡膠硅樹(shù)脂等硅化工產(chǎn)品，這些都是消化四氯化硅的有效路徑。但同時(shí)也必須注意到一個(gè)難以回避的問(wèn)題，那就是這些產(chǎn)品市場(chǎng)容量有限。至2009年底，中國(guó)已投產(chǎn)氣相法白炭黑裝置約為2.5萬(wàn)噸/年，預(yù)計(jì)2011年我國(guó)的氣相法白炭黑總產(chǎn)能將達(dá)6萬(wàn)噸/年，并將出現(xiàn)階段性過(guò)剩。所以該產(chǎn)品對(duì)四氯化硅的消化容量有限。

????光纖預(yù)制棒也是如此。2009年中國(guó)光纖用量8800萬(wàn)芯千米，預(yù)制棒70%進(jìn)口，若全部自制最多需四氯化硅4000噸，連消化一個(gè)千噸級(jí)多晶硅公司的四氯化硅都難！”

????此外，多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)的四氯化硅純度高，磷、硼以及金屬雜質(zhì)含量極低，將其用于生產(chǎn)氣相法白炭黑也是一種資源浪費(fèi)。由此可見(jiàn)，采用廠外綜合利用的方式無(wú)法消化數(shù)量龐大的四氯化硅，這只能是消化四氯化硅的輔助方式。

????那么，走廠內(nèi)閉路循環(huán)之路呢？易正義旗幟鮮明地說(shuō)：“光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的速度和規(guī)模決定了四氯化硅的應(yīng)用在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)必須走閉路循環(huán)的道路。這就必須依靠氫化技術(shù)，盡管現(xiàn)有各種技術(shù)還存在一些不足之處。例如熱氫化反應(yīng)溫度高、工藝流程復(fù)雜、裝置操作難度大；加熱器采用碳—碳復(fù)合材料，成本高；轉(zhuǎn)化率低、能耗高。冷氫化方法操作壓力高，設(shè)備磨損大，不能長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。但隨著冷氫化技術(shù)規(guī)?；\(yùn)用日趨成熟，其投資少、運(yùn)行單位成本低的特點(diǎn)決定了它將逐步成為主要應(yīng)用方向。這樣實(shí)現(xiàn)四氯化硅的資源化利用將不成問(wèn)題?！?

????江西賽維LDK光伏硅高科技有限公司總工程師陳希一同樣對(duì)四氯化硅的資源化利用前景比較樂(lè)觀。他告訴CCIN記者：“目前之所以存在四氯化硅利用的瓶頸問(wèn)題，主要是因?yàn)楹芏嗥髽I(yè)之前并沒(méi)有把注意力放在這方面。如今隨著氫化技術(shù)在中國(guó)的漸趨成熟，消化大量的四氯化硅不存在技術(shù)障礙。我們公司目前正在探討四氯化硅利用的多元化方法，包括熱氫化、冷氫化和生產(chǎn)白炭黑等，以便進(jìn)行全方位的比較，最終選擇最合適的工藝解決四氯化硅利用難題?！?

????多晶硅作為最主要的光伏材料，為太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。4月12日，國(guó)內(nèi)首批6座用太陽(yáng)能發(fā)電的電話亭在南京祿口國(guó)際機(jī)場(chǎng)附近的馬路邊亮相。