多晶硅：副产物处理多元化 新工艺参与竞争

多晶硅：副产物处理多元化 新工艺参与竞争

在国内，采用冶金法多晶硅生产的太阳能电池也已经投入使用。据史介绍，2009年12月，全部用宁夏银星生产的冶金法多晶硅材料制作的10MW光伏电站在宁夏太阳山并网发电；2010年5月，上海普罗采用自己生产的冶金法多晶硅生产的全多晶硅电池光伏电站业并网发电，容量为1MW；宁夏发电集团2010年将在红寺堡、高沙窝等地再建100MW的全部采用冶金法多晶硅的光伏电站；此外，国内也有不少机场、移动基站、厂房屋顶开始采用冶金法多晶硅生产的太阳能电池。“无论采用哪种工艺路线，能否实现产业化才是多晶硅生产的出发点和落脚点。”沈祖祥说，“作为一种成熟的工艺，改良西门子法也还有继续改良的余地。即便是美国、德国、日本的多晶硅厂家，他们对技术进步的探索也还在继续，改良西门子法的道路还没有走到尽头。”

    副产物处理也需做选择题

    对生产过程中副产物的重复利用就是“继续改良”的课题之一。在用改良西门子法生产多晶硅的过程中，主要副产物为四氯化硅。每生产1千克多晶硅将产生10-15千克四氯化硅。可以说，对副产物四氯化硅的处理是多晶硅产业的一个瓶颈问题。“在改革开放之初，我国曾经有数十个多晶硅项目，但后来纷纷下马，一个重要原因是四氯化硅的问题没有得到解决。”沈祖祥说。

    据四川新光硅业科技有限责任公司总经理陈绍章介绍，国际上，四氯化硅副产物的综合利用主要有两个方向，一个发展方向是用四氯化硅作原材料生产其他化工产品，包括白炭黑、硅酸乙酯、光纤预制棒和有机硅等；另一个发展方向就是在多晶硅生产过程中把四氯化硅转化为三氯氢硅，对四氯化硅进行循环利用。

    对于前一个发展方向，由于中国的多晶硅产业还处于起步阶段，还没有形成副产物加工处理的产业链条，同时，在生产其他化工产品的过程中不可避免地还会产生新的副产物，如盐酸，因此，这种处理方式还面临很多难题。“近几年来，中国多晶硅产业呈几何级数发展，预计今年的产量将超过4万吨，因此，将产生40万吨～60万吨四氯化硅副产物。采用生产其他化工产品的方法无论如何都无法容纳如此巨量的四氯化硅。”陈绍章说。

    目前，我国对四氯化硅进行循环利用的氢化技术已经成熟。对四氯化硅进行循环利用也存在两条技术路线。一条路线是冷氢化技术，就是在高压和低温(550℃)的条件下用硅粉、氢气和氯化氢与四氯化硅进行反应；另一条路线是热氢化技术，就是在1200℃的温度下用氢气与四氯化硅进行反应。

    陈绍章对热氢化和冷氢化两种工艺进行了比较，他说；“在实际生产中，四氯化硅热氢化的一次转换率达到20%，循环过程中每产生1千克三氯氢硅耗电量约为3.5千瓦时，氢化过程中产生的三氯氢硅和氯化氢都将全部直接回收到系统之中，不需要对三氯氢硅再次进行精馏。通过四氯化硅的热氢化，每千克多晶硅的生产成本将降低40元。冷氢化工艺的操作压力很高，并且在氢化过程中要加入硅粉。由于硅粉的硬度远远大于钢材，因此对设备的磨损也会很大。此外，加入硅粉会对氢化以后的三氯氢硅的质量产生影响，还需要对其进行精馏处理。相比之下，热氢化工艺的反应完全是气相的过程，生成的三氯氢硅纯度很高，并且便于计算机进行流程控制，其唯一的缺点是能耗会高于冷氢化工艺。”