如何破解多晶硅企業(yè)的四氯化硅問題

????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)造的財富神話更是吸引了大量企業(yè)紛紛上馬多晶硅項目。然而面對副產(chǎn)物四氯化硅的處理難題，多晶硅企業(yè)正騎虎難下：不處理的話會嚴(yán)重污染環(huán)境，而且因資源浪費(fèi)生產(chǎn)成本也會增加；處理的話暫時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)研討會的機(jī)會，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)簡單水解處理甚至直接排放，將會對環(huán)境保護(hù)造成巨大的壓力，同時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)成本將沒有競爭力。”

????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，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。要把這個復(fù)雜的系統(tǒng)開起來，產(chǎn)出多晶硅本身就是個嚴(yán)峻的考驗。至于副產(chǎn)物利用就更是無暇顧及。”

????但現(xiàn)在市場變了。會上多位企業(yè)家也向CCIN記者反映，現(xiàn)在多晶硅市場售價跌去一大半，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)因為扛不住成本壓力而紛紛下馬。

????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)副總裁岳菡因為上馬多晶硅項目，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)物對外銷售；年產(chǎn)量達(dá)3000噸的多晶硅工廠，就應(yīng)當(dāng)對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)輸成本兩個因素。

????理論上已有解決辦法

????陳紹章說，實際上，國際上對四氯化硅綜合利用早有辦法，主要有廠內(nèi)廠外兩個方向：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。熱氫化方法的整個反應(yīng)屬于氣相反應(yīng)，對設(shè)備沒有磨損，轉(zhuǎn)化的三氯氫硅純度高，容易實現(xiàn)整個過程的計算機(jī)自動控制。既可實現(xiàn)系統(tǒng)的長周期連續(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，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。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，其實用性要進(jìn)一步驗證。

????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傅積賚接受CCIN記者采訪時說：“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？

????實踐中還有諸多難題

????當(dāng)CCIN記者向與會的專家、企業(yè)家提出這個疑問時，才知道四氯化硅處理實施過程中仍然有一些障礙。但他們同時也表示，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。但同時也必須注意到一個難以回避的問題，那就是這些產(chǎn)品市場容量有限。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，連消化一個千噸級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)長一段時間內(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，不能長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。但隨著冷氫化技術(shù)規(guī)模化運(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，主要是因為很多企業(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)場附近的馬路邊亮相。