工业硅生产基础知识

作者： 茬茬再生

发布于:2022-03-11 18:33

雪球

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核心结论：

1、电力价格和硅石资源分布为工业硅产能分布奠定基础，主产区又受限于总量控制，其他产区受两高控制+高电价+硅石等多方约束，还不大规模建设的基础；2、还原剂配比的多样可在一定程度上平滑还原剂的成本上升。3、新疆煤价是价格洼地，新疆工业硅的优势。

工业硅生产流程：碳质还原剂与硅石（SiO2）在1800℃高温进行反应，生成工业硅。下图是生产流程图。

根据杂质含量不同，工业硅分为441，421、553等牌号（下图是工业硅标准的定义），各个数字表示的杂质含量，数字越小，杂质越小。杂质最少的用于电子级，杂质稍多用于生产有机硅和铝合金。

金属硅的杂质主要是铁、铝和钙，主要来自于木炭和硅石。其中铁杂质非常难处理，而50%铁杂质又是主要由硅石贡献。在冶炼过程中，铁的氧化物几乎100%被还原进入硅中，铝的氧化物约有60%左右被还原进入硅中，氧化钙约40%被还原进入硅中，所以要严格控制硅石中的铁含量。

对于生产优级工业硅的硅石，其氧化物杂质含量应达到Fe2O3小于0.15%，Al2O3小于0.20%，CaO 小于0.15%。如果生产超优质工业硅，对氧化物杂质的控制更严格，Fe2O3小于0.1%，Al2O3小于0.15%，CaO 小于0.10%，并对硅石中硼( B) 磷( P) 还有严格要求。

虽然国内硅石资源丰富，但是满足资源条件的地区，电价都不便宜，即使能自备电厂或者拿到低价电力，但能耗和资源问题也不适合大规模建设工业硅产能，所以大规模工业硅产能基本聚集到电力便宜的新疆、云南（丰水期）、四川（丰水期）等地。而电价每上涨1毛，成本得上升1k。这也是合盛之所以在黑河、新疆、云南布局工业硅的原因之一。但电价便宜的地区产能基本达到省级总量控制目标，难以扩产（详见教主帖子）。

下图是$合盛硅业(SH603260)$   石英石采购情况，大多采购自内蒙（兴安盟、巴彦淖尔等）、甘肃、新疆。

其中内蒙和甘肃的电力成本都是比较高的，下图是19年 安泰科的测算。目前电价依旧很高。

还原剂：各个材料各有优劣势，配比多样。

木炭灰分较低、比电阻高、化学活性高和还原能力强，特别是铁的含量很低，磷( P) 、硼( B) 、钒( V) 、钛( Ti) 的含量亦低，是生产优质、超优质工业硅的理想还原剂，也是最早用于工业硅生产的还原剂。但是木炭资源短缺价格又昂贵，工业硅生产逐渐由石油焦、低灰分烟煤来代替木炭，为此必须在每批料( 200 kg 硅石) 加入30～50 kg 木屑( 或木块、玉米芯、松树球、椰子壳、甘蔗渣等) 。

低灰分烟煤是洗煤厂经过富选、精洗而得来，具有较高的比电阻，一些精选的烟煤仅有少量的灰分，少量的杂质，挥发分适中。用50%～80%的低灰分烟煤代替石油焦，使炉料烧结适中，而且可以使电极深插。经实践证明: 每生产1 t 工业硅加入0.45 t低灰分烟煤可降低电耗6.2%，硅石单耗可减少50 kg; 第三，烟煤灰分中重金属氧化物成分有相对较多熔剂元素，有利于炉料烧结，是炉料烧结的调整剂，又是炉底沉渣的助熔剂，有利沉渣的排除。此外，新疆煤是全国煤的价格洼地，这也是新疆工业硅的优势之一。

石焦油是石油炼制中的副产品，是所有碳质还原剂中灰分最低的，一般灰分都在0.5%以下，固定碳高达82%～88%，孔隙率仅次于木炭，石油焦的价格比较低，是提高工业硅产
品质量，降低生产成本的最佳选择。石油焦由于石墨化程度高，比电阻小，导电性强，不利于电极深插，加之化学活性差，反应性差，还原速度慢，不利于炉况顺行。大部分工业硅生产厂家普遍利用石油焦灰分低的优点，配以其他比电阻高的炉料( 木炭、烟煤、兰炭) 以改进炉前操作工艺，确保合适的炉料比电阻和较好的化学反应性，以获得优质、低耗的技术经济指标。

企业原材料配比多样，当某种原材料成本上升时，可以改变配比，在一定程度上平滑原材料成本。