如何破解多晶硅企業的四氯化硅問題

    多晶硅因用于新能源光伏產業而名聲大噪。它曾經創造的財富神話更是吸引了大量企業紛紛上馬多晶硅項目。然而面對副產物四氯化硅的處理難題，多晶硅企業正騎虎難下：不處理的話會嚴重污染環境，而且因資源浪費生產成本也會增加；處理的話暫時又沒有令人滿意的穩定可靠的技術作支撐。

    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研討會的機會，CCIN記者進行了深入采訪。

    副產品成了企業命門

    四川新光硅業科技有限責任公司總經理陳紹章說：“目前制約中國多晶硅產業發展的瓶頸是副產物四氯化硅的處理問題。每生產1千克多晶硅將產生10～15千克四氯化硅，一個1000噸/年的多晶硅廠每年副產的四氯化硅將達到1萬～1.5萬噸。中國多晶硅產業快速發展，預計今年產量將達到4萬噸。副產的四氯化硅就將達40萬～60萬噸，數量巨大。如果僅僅將這些四氯化硅經簡單水解處理甚至直接排放，將會對環境保護造成巨大的壓力，同時也大大增加了原料硅粉和液氯的消耗，多晶硅企業的生產成本將沒有競爭力。”

    據了解，一些多晶硅生產企業甚至會把副產品四氯化硅倒貼運費送給下游企業。為什么四氯化硅出現了白送的情況？成都蜀菱科技發展有限公司技術總裁沈祖祥接受CCIN記者采訪時說：“目前多晶硅企業主要關注的是如何投產和達產，能生產出來多晶硅就好，尚無暇顧及副產物的利用問題。前幾年，為了盡快上馬搶占市場，中國多晶硅企業紛紛從國外引進成套裝備。殊不知多晶硅生產是個十分復雜的系統工程，包括合成、氫化、還原、分離等諸多環節，所以引進裝備可以說是‘八國聯軍’牌。比如合成爐進口俄羅斯的，還原爐進口德國的，尾氣回收裝置進口美國的。要把這個復雜的系統開起來，產出多晶硅本身就是個嚴峻的考驗。至于副產物利用就更是無暇顧及。”

    但現在市場變了。會上多位企業家也向CCIN記者反映，現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能否生存的關鍵。目前很多規模較小的多晶硅企業已經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？大陸產業投資集團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。美國多晶硅企業認為，年產量達1000噸的工廠，四氯化硅就應當就地轉化為三氯氫硅回用到系統中，不能作為副產物對外銷售；年產量達3000噸的多晶硅工廠，就應當對廢棄的氯硅烷采用回收工藝；年產量達10000噸的多晶硅工廠，金屬硅就應當就地生產。這主要是考慮了安全和運輸成本兩個因素。

    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，主要有廠內廠外兩個方向：一是將副產物四氯化硅轉化為多晶硅的原料三氯氫硅，進而返回生產系統直接生產多晶硅，實現生產線的閉路循環；一是利用四氯化硅作為原材料生產其他化工產品，如白炭黑、硅酸乙酯及有機硅產品等，實現多晶硅生產廠外的綜合利用。

   在廠內閉路循環方面，需要采用氫化技術將四氯化硅轉化成三氯氫硅。具體來講，在這個過程中可供選擇的技術包括熱氫化技術、冷氫化技術、等離子體氫化技術、鋅還原技術等。

    熱氫化技術是指四氯化硅與氫氣在1200℃以上的溫度下直接反應生成三氯氫硅和氯化氫。該技術必須輔以氣體分離裝置和三氯氫硅合成裝置以分離反應產物和處理氯化氫。熱氫化方法的整個反應屬于氣相反應，對設備沒有磨損，轉化的三氯氫硅純度高，容易實現整個過程的計算機自動控制。既可實現系統的長周期連續穩定安全運行，又能保證生成的三氯氫硅質量。陳紹章介紹說，目前新光硅業公司熱氫化技術已取得工業化突破，該公司承擔的“十一五”國家科技支撐計劃——大型四氯化硅熱氫化技術與裝置研究，已于2009年通過國家驗收。采用熱氫化技術，可將還原過程產生的四氯化硅100%轉化為多晶硅的原料三氯氫硅。實現了四氯化硅一次轉化率大于20%，氫化反應產生的氯化氫100%回收用于合成三氯氫硅。僅節約的三氯氫硅合成耗材費一項，就相當于每千克多晶硅的生產成本降低約40元。

    冷氫化技術是將四氯化硅、氯化氫、氫氣與硅粉在500℃溫度下反應生成三氯氫硅。該技術具有以下優點：裝置單一、投資小；反應溫度低、操作穩定；對原料純度要求低，多晶硅生產過程中副產的二氯硅烷可與四氯化硅發生歧化反應生成三氯氫硅；轉化率高、能耗低。目前洛陽中硅高科技有限公司已經成功采用冷氫化技術處理四氯化硅。美國LXE太陽能技術公司擁有世界先進的冷氫化多晶硅生產工藝技術，在世界上已經有2家工廠成功運行的經驗。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行相關技術合作。

    此外，鋅還原法、等離子體還原法等也受到了業內廣泛關注，但由于受規模化應用中的經濟性、純度、物料閉環回收等因素的影響，其實用性要進一步驗證。

    在廠外綜合利用方面，我國有機硅行業泰斗、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白炭黑、光纖預制棒、硅酸乙酯等產品，這些工藝技術已經相對成熟。另一方面用四氯化硅作原料生產甲基氯硅烷、苯基硅烷，進而生產有機硅產品是當前的一個研究熱點，但是目前尚沒有十分令人滿意的技術路線，需要進一步研究探討。”

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

    實踐中還有諸多難題

    當CCIN記者向與會的專家、企業家提出這個疑問時，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，只要企業花力氣不斷改進和完善，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理易正義說：“在廠外綜合利用方面，將四氯化硅用于生產白炭黑、光纖預制棒和硅橡膠硅樹脂等硅化工產品，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，那就是這些產品市場容量有限。至2009年底，中國已投產氣相法白炭黑裝置約為2.5萬噸/年，預計2011年我國的氣相法白炭黑總產能將達6萬噸/年，并將出現階段性過剩。所以該產品對四氯化硅的消化容量有限。

    光纖預制棒也是如此。2009年中國光纖用量8800萬芯千米，預制棒70%進口，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，多晶硅生產過程中副產的四氯化硅純度高，磷、硼以及金屬雜質含量極低，將其用于生產氣相法白炭黑也是一種資源浪費。由此可見，采用廠外綜合利用的方式無法消化數量龐大的四氯化硅，這只能是消化四氯化硅的輔助方式。

    那么，走廠內閉路循環之路呢？易正義旗幟鮮明地說：“光伏產業發展的速度和規模決定了四氯化硅的應用在相當長一段時間內必須走閉路循環的道路。這就必須依靠氫化技術，盡管現有各種技術還存在一些不足之處。例如熱氫化反應溫度高、工藝流程復雜、裝置操作難度大；加熱器采用碳—碳復合材料，成本高；轉化率低、能耗高。冷氫化方法操作壓力高，設備磨損大，不能長期連續穩定運行。但隨著冷氫化技術規模化運用日趨成熟，其投資少、運行單位成本低的特點決定了它將逐步成為主要應用方向。這樣實現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之前并沒有把注意力放在這方面。如今隨著氫化技術在中國的漸趨成熟，消化大量的四氯化硅不存在技術障礙。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、冷氫化和生產白炭黑等，以便進行全方位的比較，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，為太陽能產業的發展奠定了基礎。4月12日，國內首批6座用太陽能發電的電話亭在南京祿口國際機場附近的馬路邊亮相。