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生产高纯工业硅的主要原材料是硅石,珲春市及周边俄罗斯、朝鲜硅石资源丰富,品位高。
为了合理有效开发利用优势资源,根据市场需求,拟引进资金和技术,建设高纯工业硅项目。
二、市场前景
1、国际市场
工业硅消费主要在4个领域:
铝业占工业硅消费50%;
钢铁业占工业硅消费15%;
有机硅占工业硅消费30%;
光伏电子产业占工业硅消费5%。
目前,国际工业硅市场供需保持相对平衡,供需差量在较小的幅度内不断变化。
世界的工业硅材料工业生产高度集中,目前国外有工业硅生产厂家34个,主要集中美国、巴西和挪威三国,占世界(除中国)工业硅生产能力的65%。
最大生产厂家主要有挪威的埃尔科姆公司、有布莱曼格尔、沙尔登和塔姆斯哈温三家大型工业硅生产厂家,产能11万吨。
在法国、西班牙和南非拥有6家工厂的大西洋铁合金公司,产能22万吨、美国地球冶金公司,拥有维吉尼亚工厂等工业硅生产企业,产能15万吨。
2、国内市场
中国是世界工业硅生产量、出口量最大的国家,主要出口到日本、韩国、香港地区、英国、泰国。
消费量也在逐年增加。
我国工业硅消费主要在4个产业:
1、铝业占工业硅消费60%;
2、钢铁业占工业硅消费15%;
3有机硅占工业硅消费20%;
3、光伏电子产业占工业硅消费5%。
2005年,中国共生产工业硅73.2万吨,国内消费26.45吨,出口54,5万吨,进口7.8万吨。
2006年,共生产工业硅80.1万吨,比2005年增长9.5%,国内消费28.5吨,比2005年增长7.9%。
其中铝业消费18.5万吨,钢铁行业消费4万吨,有机硅行业消费5.5万吨,光伏电子行业消费0.5万吨,出口61.3吨,进口9.7万吨。
中国工业硅生产企业数量多,最多时有400多家,目前仍有300多家,但总体规模小,技术落后,产品以低档次的441、553和中档的3303、2202为主,近几年,随着装备技术的提高,少数企业也能生产1101、3N、4N级产品。
我国工业硅生产企业主要布局在云南、贵州、四川,黑龙江、吉林、内蒙古、福建和陕西,由于云贵川水电资源丰富,价格低廉,这三个省的工业硅生产企业占到中国工业硅生产企业的半数以上。
3、细分市场分析
工业硅中的化学用硅是需求最大、发展最快、应用最广的一个领域,全球目前每年以8%-10%的速度增长。
用有机硅行业举例,有机硅主要的原材料就是化学级工业硅,占其生产总成本的30%左右,作为新型材料,由于有机硅产品有许多优良特性,广泛应用于人们生活的各个领域。
主要产品有有机硅单体和聚合物硅油、硅橡胶、硅树脂等。
2005年全球达到102亿美元的市场规模,预计未来几年仍保持5%—8%的增速;
国内近3年有机硅的需求增长更是高达29%,预计2015年前仍将保持20%以上的增长速度。
为满足有机硅行业发展的需求,中国氟硅有机材料工业协会理事长岳润栋建议,“十一五”期间企业要加大对科技的投入,逐步形成国家、企业、社会投资共同研发的格局,加快化学级工业硅的发展。
应用于电子行业的化学级工业硅(高纯工业硅)是一种优良的半导体材料,是国家鼓励发展的集成电路所需的多晶硅、单晶硅的原料。
由于用于物理法生产多晶硅的原料—4N级高纯工业硅获得困难,使物理提纯工艺难以实现,从而使整个光伏产业链呈现出“下大上小”的金字塔格局,2005年国内太阳能级的需求量达到2882吨,而实际产量不足70吨。
有资料表明,2010年国内用于太阳能级的高纯工业硅将达到4300吨以上,我国集成电路和太阳能电池对高纯工业硅的需求快速增长,2005年集成电路产业需要电子级高纯工业硅约1000吨,太阳能电池需要高纯工业硅约1400吨;
到2010年,电子级高纯工业硅年需求量将达到约2000吨,太阳能级高纯工业硅年需求量将达到4300吨以上;
全球需求量将达到8.6万吨以上,缺口5万吨以上。
冶金级工业硅的主要用途是作为有色金属合金的添加剂,起到提高基体金属强度、硬度和耐磨性的作用,其中最大的用途是作为铝合金的添加剂,约占工业硅总量的60%以上。
由于汽车等交通工具不断轻量化,冶金用硅的需求量也在不断上升。
另外,随着我国汽车、摩托车及家电行业的迅速发展,国内市场对铝硅合金及工业硅派生产品也将需求迅速增长。
从表面看,目前工业硅供大于求,实质是低档次产品供大于求,而高档次产品(1101级以上)仍然是供不应求,国际市场依然如此。
表面供大于求的现象不会维持太久。
从国家产业政策方面来分析,政府为了促进产业升级、保护环境、节能降耗,一边推行企业准入制度,一边提高电价,还租逐渐取消出口退税、增收出口关税、提高出口关税。
产政策执行的结果是一些矿热炉容量小的企业被强制关停,一些技术落后、能耗高的且无资金实力的企业在市场竞争的作用下也逐渐退出该行业。
2005年以来工业硅价格一路上涨的现象正是国家产业政策作用的结果。
(4)、价格走势及预测
近几年,国际中低档工业硅价格呈U型变化,高档工业硅价格基本保持稳定,并略有上扬,当前国内1101#价格为1.6万元~2.4万元,3N级工业高纯工业硅5万~12万元,4N级工业高纯工业硅20-38万元。
预计2011年后中低档工业硅价格同2010持平,化学级以上工业硅价格将不断攀升。
因此,该项目所生产的化工级工业硅的市场需求量大,具有广阔的市场前景。
三、项目建设的必要性和有利条件
1、区位优势:
*************
2、资源优势:
**************
3、基础优势:
********************
4、具有政策优势:
****************
四、项目建设内容及产品规模
(一)、项目主要建设内容
主要建设内容为:
建设生产厂房8000平方米,供水系统、环保系统等配套设施用房10000平方米,厂区道路及停车场等4800平方米,厂区绿化3400平方米。
购置和制作生产所需的冶炼炉、精炼炉、除尘系统等生产设备326台(套),监测、化验及其他设备9台套。
(二)、产品规模
年产高纯工业硅5万吨,其中:
1101级高纯工业硅4万吨,3N级高纯工业硅6000吨,4N级高纯工业硅4000吨。
(三)、生产方案
1、产品方案
目前,国内外工业硅市场1101级以下(不包括1101级)产品基本处于供大于求的状况,且短时期内不会有很大变化。
结合全油焦生产工艺产品产出比例,本项目产品方案为:
年产高纯工业硅5万吨,其中:
2、技术方案
(1)国内外现状和技术发展趋势
冶金级工业硅由于生产技术简单,全世界生产企业众多,产量较大,供需基本保持平衡,且耗能高、附加值低,属国家限制类行业。
目前国外有工业硅生产厂家30多家,主要集中在美国、巴西和挪威三国,占世界生产能力的65%,最大生产厂家主要有挪威的埃肯、巴西的莱阿沙、美国的全球冶金,电炉变压器容量大多在10000KVA—60000KVA,通用炉型为30000KVA,小于10000KVA的电炉基本停用。
其发展趋势是矿热炉大容量化,由敞开式的固定炉体向旋转、封闭炉体发展,自焙电极的应用、炉气净化处理、新型还原剂的开发与应用、炉外精炼技术的发展和应用、生产过程中的计算机管理和控制。
其特点是电炉容量大、劳动生产率高、单位产品投资少、有利于机械化、自动化生产和控制环境污染。
我国工业硅生产起步于上世纪的50年代,目前仍在生产的厂家约有300多家,电炉400多台,产能约为90—120万吨/年,产量约为70—90万吨。
且大部分分布在福建和云、贵、川等小水电资源丰富的地区,受季节性影响较大。
其突出特点是电炉容量小、台数多,厂家多而分散,操作机械化水平低、劳动生产率低,产品质量不稳,化学级工业硅产量低(不到产量的1/8),且能源消耗、原材料消耗和生产成本偏高(行业内称为“三高”)。
从电炉变压器容量看,我国以3200Kva至6300kVA的电炉为主要炉型,2006年国内已建成的10000kVA工业硅电炉仅有9座,25500kVA工业硅电炉仅有3座,平均炉容为2500KVA。
从炉型看,我国工业硅生产企业大多采用敞开式固定炉体。
因而我国工业硅发展受到产业结构不合理、技术落后、能耗高、自动化控制技术不成熟、还原剂开发落后、产品品质普遍偏低等因素的制约。
近年来,经过部分厂家对工业硅的新工艺、新技术消化吸收和试验总结,在技术上已经取得了重大突破。
如无木炭全油焦生产工艺,碳素电极生产新工艺和冶炼设备的低频电源、二次低压补偿、复合板水冷铜瓦、电机调节器、大截面水冷电缆、旋转炉体和低热辐射砌炉方法等新技术设备朝着高效节能和容量的大型化、控制的自动化、管理的现代化发展。
在产品品位上,采用行之有效的工艺技术将逐步减少低附加值产品生产,提高产品等级,生产化学级及高纯工业硅。
(2)生产方法
高纯工业硅系连续作业过程,无论是国内还是国外都用碳热法,即以硅石和碳质还原剂为原料,在埋弧电炉中由电热法冶炼生产的。
工业硅冶炼化学反应比较复杂,但最基本的反应是:
SiO2+2C—→Si+2CO
生产方法的区别主要在碳质还原剂、碳质电极和炉型的选择上。
近年来,经过国内部分厂家对工业硅的新工艺、新技术消化吸收和试验总结,在技术上已经取得了重大突破。
如无木炭全油焦生产工艺,碳素电极生产新工艺和冶炼设备的低频电源、二次低压补偿、复合板水冷铜瓦、电机调节器、大截面水冷电缆、旋转炉体和低热辐射砌炉方法等新技术、新设备,工业硅生产朝着容量的大型化、控制的自动化、管理的现代化发展。
本项目采用“全油焦”生产方法。
即冶炼用还原剂全部由石油焦,而不用木炭、焦炭或煤。
其原料路线具体是:
将硅石从公司矿山运回后,通过人工挑选,再将合格硅石用水清洗除去泥土等杂质,再用破碎机破碎至20—100mm,然后筛分,再水洗除去碎石、石粉等,经称量后与石油焦按照一定比例混匀,将混匀后的合格料送至冶炼炉进行冶炼除杂,生产出合格产品。
(3)技术特点
“全油焦”生产方法和工艺具有以下特点:
一是配方科学,确保固定碳含量高且稳定,使石油焦中的C和硅石中的SiO2最大限度的发生氧化、还原反应,破环和降低碳化硅的形成和一氧化硅的排放,从而提高了产品产量、保证了质量的稳定性。
二是采用和掌握了低电流高电压操作技术,不但降低了无功功率,使有功功率提高了10%,最大限度地发挥了电炉的功率因素,温度高、化料快,使每吨产品电耗由14000度降低到12000度,而且使电极消耗由原来的130Kg/t降低到100Kg/t。
三是采用空心电极、加厚炉壁,由电极顶部在冶炼的同时用自制的特殊设备在保持高温的同时加入氧气等气体,在炉内直接精炼,使产品一步达到99.9%(3N)以上级别。
四是采用特殊的炉外精炼方法,使硅水中的铁、铝、钙等除杂率分别提高到20%、40%、75%以上,保证了高等级硅的产出率,每炉4N产品的比例为40%以上,剩余产品硅含量均在99.7%以上,所有产品均达到国际标准以上。
该项目所用的全油焦高纯工业硅生产技术,是对我国工业硅生产技术在生产领域内的创新,填补了国内空白,有利于我国有机硅行业及多晶硅太阳能电池行业的整体提升。
(4)工艺流程
工艺流程简述:
该项目采用的工艺技术路线是:
首先将合格硅石用水清洗除去泥土等杂质,经破碎机破碎至20—100mm,然后筛分,再水洗除去碎石、石粉等,经称量后与石油焦按照一定比例混匀,将混匀后的合格料送至冶炼炉进行冶炼除杂,硅液形成后通入空气增加透气性以进一步除杂,一部分硅液冷却后直接产出1101#及3N产品,一部分硅液送至特制硅包通氧进行精炼,精炼后的硅液在送入精炼炉进一步精炼、加氧增压分离除杂,冷却后产出4N级高纯工业硅产品,经精选、清洗,最后破锭包装入库。
精炼工艺:
为使精炼过程顺利完成,本工艺采用氧气和空气混和底吹的方式,底吹氧的透气砖安装在包底中,透气砖内有较多的细铜管,氧气和空气从细铜管中吹向硅熔液实施精炼,空气在吹氧结束后亦通过透气砖向硅熔液中形成正压。
精炼过程需要搅拌,搅拌采用压缩空气搅拌,其目的是为了改善渣—金属元素相反应的动力学条件,加速造渣,尽快脱除杂质,减少热损失和硅液粘包。
工艺简述:
从氧气站和空压站输送来的氧气和压缩空气经计量由耐热橡胶管输人硅包底部散气砖中与刚出炉的硅液进行反应,脱除杂质Ca和Al。
在出炉前2-3min,先向包底通人压缩空气,以防止硅液灌人透气孔,当硅液达1/3硅包深度时,即可开启氧气进行氧化精炼。
待出完炉堵眼后并完成精炼,(铝、钙等含量达要求值以下)即可关闭氧气,并将砖包由出炉小车拉至浇铸间进行浇铸,倒完硅液后继续通人压缩空气3-5min,防止散气孔的堵塞,稍后即可拔去热耐橡胶管,并扒去硅渣,等待出下一炉。
五、保障措施
(一)资金保障
1、设立园区建设资金专户,积极争取上级有关部门的资金支持,不断加大和完善园区基础设施建设,对已谋划的项目加大招商引资和项目的推进。
2、加大对新材料产业化、重大技术改造、高端制品研发项目的支持力度,在现有流动资金、技改贷款贴息政策的基础上,可适当提高贴息比例、延长贴息年限。
3、对开发新产品、新技术或成果转化的项目,给予比现有政策更高的补贴支持;
对新材料产业化项目,优先保障用地和资源供应。
按项目固定资产实际投资额给予一定比例的一次性资金补助,全力推动项目落地。
(二)市场保障
1、协调组织工业硅科研机构及专家与企业进行对接,为企业提供咨询服务,帮助企业解决技术上和发展中的难题,在生产企业和下游应用企业之间搭建交流平台,促进供需信息畅通。
2、加强技术交流与合作,强化与国内外著名研究机构、大型企业级跨国公司的技术合作,积极引进高端人才和先进技术,构建产、学、研、用协调发展的完整产业链。
同时大力扶持培育应用市场,鼓励政府建设工程优先选用新材料,引导工业硅产业应用市场发展,培育壮大高纯硅产业下游市场。
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