多晶硅环保重压下的坎坷路

多晶硅的副产物四氯化硅是高危产品，一见空气就会释放有毒害的氯化氢。目前，比较现实的处理四氯化硅的方法就是生成白炭黑，比较长远一点的办法是四氯化硅氢化。

“中国并不是最初就没有多晶硅生产技术。70年代末期，中国有将近20家多晶硅生产厂家。”西安隆基硅材料股份有限公司总经理钟宝申告诉编辑，当时，生产出来的硅产品主要是用于半导体集成电路，而不是光伏产业。

但是，工艺水平低、生产成本高，使得改革开放后的二十年间，众多多晶硅生产企业在竞争中败下阵来，峨嵋半导体厂成了唯一的幸存者。“2003年前后，由国外进口多晶硅，仅需28美元/公斤，而我国多晶硅企业的成本价就高达45美元/公斤，这如何能在竞争中站稳脚跟？”钟宝申说。

国际油价不断上扬带来的严峻的能源形势，将新能源抬上了桌面，掀起了光伏产业热潮，用于生产太阳能电池的原材料多晶硅因供不应求而“鸡犬升天”，价格从每公斤几十美元一路高歌至三四百美元。开发多晶硅技术，生产多晶硅产品变得炙手可热。

一度断层的多晶硅生产技术，以及日益饱和的环境承载压力，是否经受的起那么多企业一齐披挂上阵？

　　“纯度”误区

粗壮的合成灌，高耸的精馏塔，神秘的还原炉，密闭的副产品处理区，长长的钢架将一个个零散的流程迂回串联，形成了一道闭路多晶硅生产线。记者怎么也无法将那不足两米长，直径约200毫米的灰色的棒型物质——多晶硅，与这栋占地广、流程长的建筑联系起来。多晶硅生产的复杂工艺，单从外部来看，就可见一斑。

目前，在国内，绝大多数多晶硅生产厂家采取的是国际上流行的多晶硅生产工艺，即改良西门子法。在四川新光硅业科技有限责任公司(以下简称“新光硅业”)工地现场，副总经理刘小飞向记者讲述了多晶硅的生产流程。

简单地说，生产多晶硅第一步是合成，合成包括两道工序，一是氢气和氯气合成氯化氢，二是氯化氢和硅粉合成三氯氢硅。之后将合成的三氯氢硅提纯，即精馏，这道工序是多晶硅生产工艺中最核心的技术。然后，将经过提纯之后的三氯氢硅通到还原炉里边，发生还原反应，生成多晶硅产品。到这里，工序还没有完，最后一步，也是非常关键的一步，即多晶硅生产过程中副产品四氯化硅和氯化氢的处理。

之所以说精馏工序，是多晶硅生产工艺中最核心的技术，是因为终极产品多晶硅的纯度就取决于三氯氢硅提纯的程度，而多晶硅的纯度又影响到最终的光伏发电效果。“初始原料中的硅粉、氯气，以及各道工序在化学反应中产生的中间产物，含有很多种杂质。在诸多杂质中，影响多晶硅产量的主要包括磷、硼、碳杂质以及氧含量。在这些杂质干扰下，想要将终端多晶硅产品控制到11-12个九(电子一级水平)的数量级，难度是很大的。

“新光硅业在提升多晶硅纯度方面正在向最尖端水平靠拢，目前，也只是达到10个九。”刘小飞说，“不过，用于生产太阳能电池的多晶硅纯度达到6个九就可以了。”

新光硅业，这家集聚了国内最老一批硅材料研究专家的公司，其多晶硅产品的纯度毋庸置疑地代表着国内的尖端水准。由此可见，我国多晶硅的生产工艺已达到国际最先进水准的说法，是妄断。

　　循环利用是“王道”

如果说精馏是多晶硅生产工艺中的重中之重，那么，四氯化硅处理技术的重要性也不亚于它。这是因为，四氯化硅是一种带有剧毒的化学物质，处理不善，将直接给人类和其生活环境带来巨大危害。

一位不愿具名的硅材料老专家向编辑介绍，三氯氢硅和硅粉发生化学反应，生成终端产品多晶硅之外，还包括四氯化硅、三氯氢硅、氯化氢、氢气以及二氯二氢化硅等多种副产品。

最古老的多晶硅生产工艺中，并没有妥善处理四氯化硅的方法，而是采取简单的酸碱中和后就地掩埋。光伏产业兴起之前，多晶硅的产量很低，只有几十吨。因为量小，其副产品就被化整为零后掩埋了，但是，记者几经追问当时的埋藏地点均未果。

“多晶硅的副产物四氯化硅是高危产品，一见空气就会释放有毒害的氯化氢。不能随随便便就排掉。”乐山市吉必盛硅材料有限公司总经理黄大庆说，“目前，比较现实的处理四氯化硅的方法就是生成白炭黑，比较长远一点的办法是四氯化硅氢化。但是，受市场需求影响，白炭黑产量也有限，不能无限制地消耗四氯化硅。而热氢化的一次性转化率非常低，只有百分之十几，耗能又高。”

除了生成白炭黑和热氢化方法外，东方电气(32.28,1.16,3.73%)峨嵋半导体材料厂副厂长丁国江还向编辑提供了另外一个处理方法，即将四氯化硅与乙醇反应，产生硅酸乙酯的方法。硅酸乙酯可用于精密铸造，作为砂型的粘结剂；也可用来对金属表面渗硅，处理光学玻璃可提高透光度；完全水解后产生的极细氧化硅粉可用于制造荧光粉；还可用于制造耐热、耐化学品的涂料；用硅酸乙酯蒸气处理的金属表面可防腐防水。

“多渠道、多方式、多角度地解决规模化生产后产生的大量四氯化硅，是企业必须要考虑的问题。”丁国江说，“最优化的处理方法就是将毒害物质处理成高附加值的化工产品，如硅酸乙酯。乐山科立鑫化工有限责任公司通过硅酸乙酯生产线，能够消化大量四氯化硅，做后续有机硅系列产品，如消化剂。目前已经形成了一定的规模。”

四氯化硅的众多处理方法中，“热氢化”才是根除污染的最佳途径。“四氯化硅热氢化处理方法的好处在于，副产品四氯化硅可转化成三氯氢硅再利用，氯化氢能够通过封闭系统回收再利用，这个方式是目前在中国唯一彻底解决四氯化硅的方法。”丁国江说。

不过，目前国内多晶硅企业热氢化的一次性转化率仅有百分之十几。在记者走访的四川永祥多晶硅有限公司、四川新光硅业科技有限责任公司、东方电气峨嵋半导体材料厂等几家公司中，对于热氢化一次转化率报的最高的是新光硅业，为20%，这个转换水平基本与国外持平。

西门子闭路循环系统下，看似完善的副产品处理方法，实际上还有着无穷的后患。上文所述专家就曾提到，闭路循环系统下，并不是所有的副产品都能够回收利用，其中就包括毒害物质氯化氢。

多晶硅生产过程中，会产生与多晶硅产量同比例的不能完全循环利用的氯化氢，可以采取碱水、盐水与氯化氢中和，生成液态氯化钠或氯化钙，再通过蒸馏将液态氯化钠和氯化钙固化。但是，由于蒸馏过程成本耗费很大，很大一部分企业就采取酸碱中和后液态排放。“各个企业都说达到了国家污水排放标准，但是，国家对这个污水排放并没有明确的指标。”上文不愿具名的专家说。

“2005年之前，很大一部分多晶硅生产厂家都是以牺牲环境为代价的。比如说，将尾气水解成酸，之后进行酸碱中和，形成固体水解物进行深埋，但是这对水源、土壤影响都是很大的。”东汽乐山硅材料分公司副总经理林福祥说。

　　高产量叫板消化能力

不仅是四氯化硅的处理技术存在不安全的隐患，多晶硅产能一旦得到释放，其副产品四氯化硅的产量将更加令人叹为观止。无论是将四氯化硅转化成硅酸乙酯，还是生成白炭黑，亦或是热氢化，如此大的产能，处理能力也着实令人担忧。

在乐山市吉必盛硅材料有限公司落户乐山之前，当地的多晶硅厂家生产过程中产生的四氯化硅，除了通过热氢化法消耗一部分之外，很大一部分是通过长途运输至吉林、江苏等地进行处理。

“远距离处理，一方面要支付昂贵的运费，增加生产成本；另一方面，也存在很大的安全隐患。运输过程中，一旦发生撞车或翻车事件，对环境的破坏性非常大。”黄大庆说。“早期，多晶硅产量低，副产品四氯化硅的产量也不高，环保问题还体现不出来。”

目前，随着多晶硅新项目的不断上马，四氯化硅产量也将随着多晶硅产量的释放而不断扩张，处理四氯化硅的难度也在不断升级。

多晶硅与四氯化硅的生成比例为1：15，即生产一吨多晶硅，就需要处理15吨的四氯化硅。据乐山市经委产业政策科提供数据，2008年乐山市多晶硅产量为1000吨，约占全国的25%。由此计算，四氯化硅的产量则为15000吨。不足2万吨的产能，四氯化硅尚不能在乐山市完全就地处理。

据了解，四川永祥多晶硅有限公司、四川新光硅业科技有限责任公司、东方电气峨嵋半导体材料厂，这些已经出产品的多晶硅厂家，都或多或少地运出一部分四氯化硅到外地进行处理。

东方电气峨嵋半导体材料厂统计，按照当前的生产规划，乐山市在十一五期间将完成2万吨建设规模。“每年产生30万吨四氯化硅，乐山境内化工企业肯定不能消化掉。”丁国江无不担忧地说。考虑到设计能力与实际产能的差距，按照80%达产率计算，仅乐山也将有24万吨四氯化硅需要处理。

但是，“当前，全国所有厂子气相二氧化硅(白炭黑)的生产能力为6000吨，即2万吨四氯化硅的处理能力。”黄大庆说。虽然黄大庆承诺其白炭黑的建设规模将随着四氯化硅产量的扩大进行扩张，但是前景并不乐观。

窥一斑而见全豹。拥有着国内先进的多晶硅生产技术的乐山，尚不具备完全自主消化副产品四氯化硅的能力，那么，遍地开花的多晶硅新项目，是否真正拥有了多晶硅生产工艺都难说的境况下，其副产品四氯化硅又该何去何从？

　　投产而非达产

多晶硅生产企业类似于化工企业，从投产到达产需要一段时间的调试。也就是说，设计能力为1000吨，短时间内产量很难达到1000吨，工艺技术水平相对完善的企业达产率也仅为80%左右。

“多晶硅产能达到设计能力的60-70%，需要一年半左右的时间。”谈及技术来源，一直讳莫如深的四川永祥多晶硅有限公司(以下简称“永祥”)总经理冯德志不无得意，“我们仅用了三个月左右，就达到了70%以上的产能发挥能力。”

不过，新光硅业就没有永祥那么幸运了。据刘小飞介绍，新光硅业1260吨规模的多晶硅生产线于2007年2月开始投产，截至该年底仅生产220吨多晶硅。不过，经历了2007年的黑夜，2008年的810余吨产量的新光硅业使其股东赚了个盆满钵满。即便如此，新光硅业的达产率也仅为65%。

“本质上说，改良西门子法工艺是一样的，但是各个企业在建设控制过程中还是有别的。其中，关键在于系统的集成是否是最优化；模块技术是不是最先进的；特殊设备是不是最优化；还原炉，还原的电器，精馏塔的设计是否优化；以及副产物的消化是否干净。”丁国江说。

丁国江向记者和盘托出其积累的多年经验，达产率低，有可能是各个单元模块之间相互不协调，这个难度在于技术掌握程度。当然，也不排除设计本身就有问题，原料生产、提纯、多晶硅生产、尾气处理四大系统的设计都具有瓶颈，任何一环出了问题，都会影响产量。此外，一个多晶硅项目不是具备了几位专家就够了，还需要一大批操作技能型人才，能够发现问题并及时处理问题。重大问题决策依靠专家，及时简单处理则要靠一定的技能型人才。因此，一个企业的人才结构是重中之重，完善技术决策层，现场管理层，操作技能层三个企业班子非常重要。

而一些意欲上市融资的多晶硅公司提出很高的投产概念，笼罩在所谓的未来高额回报的光环下，却丝毫不提达产之事，可能意在资本市场上的融资或炒作。

(编辑:xiaoyao)