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)又沒有令人滿意的穩(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
四川新光硅業(yè)科技有限責(zé)任公司總經(jīng)理陳紹章說:“目前制約中國多晶硅產(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1萬~1.5萬噸。中國多晶硅產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,預(yù)計(jì)今年產(chǎn)量將達(dá)到4萬噸。副產(chǎn)的四氯化硅就將達(dá)40萬~60萬噸,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:“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)出來多晶硅就好,尚無暇顧及副產(chǎn)物的利用問題。前幾年,為了盡快上馬搶占市場(chǎng),中國多晶硅企業(yè)紛紛從國外引進(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)裝備可以說是‘八國聯(lián)軍’牌。比如合成爐進(jìn)口俄羅斯的,還原爐進(jìn)口德國的,尾氣回收裝置進(jìn)口美國的。要把這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)開起來,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,曾多次到國外考察和參觀。他告訴CCIN記者,美國多晶硅工廠所有副產(chǎn)物,包括四氯化硅的銷售都不存在瓶頸問題,根本不會(huì)像國內(nèi)的一些多晶硅工廠還要倒貼錢把四氯化硅處理掉。美國多晶硅企業(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,實(shí)際上,國際上對(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。具體來講,在這個(gè)過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)備沒有磨損,轉(zhuǎn)化的三氯氫硅純度高,容易實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的計(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,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年通過國家驗(yàn)收。采用熱氫化技術(shù),可將還原過程產(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?。环磻?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LXE太陽能技術(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:“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),但是目前尚沒有十分令人滿意的技術(shù)路線,需要進(jìn)一步研究探討。”
如此看來,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)的專家、企業(yè)家提出這個(gè)疑問時(shí),才知道四氯化硅處理實(shí)施過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:“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)難以回避的問題,那就是這些產(chǎn)品市場(chǎng)容量有限。至2009年底,中國已投產(chǎn)氣相法白炭黑裝置約為2.5萬噸/年,預(yù)計(jì)2011年我國的氣相法白炭黑總產(chǎn)能將達(dá)6萬噸/年,并將出現(xiàn)階段性過剩。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年中國光纖用量8800萬芯千米,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,采用廠外綜合利用的方式無法消化數(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:“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觀。他告訴CCIN記者:“目前之所以存在四氯化硅利用的瓶頸問題,主要是因?yàn)楹芏嗥髽I(yè)之前并沒有把注意力放在這方面。如今隨著氫化技術(shù)在中國的漸趨成熟,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,為太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。4月12日,國內(nèi)首批6座用太陽能發(fā)電的電話亭在南京祿口國際機(jī)場(chǎng)附近的馬路邊亮相。