多晶硅副产物四氯化硅的综合利用技术

©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net斤义应用科技作者简介王跃林,理学博士,教授级高级工程师,广州吉必盛科技实业有限公司董事长、总经理、总工程师中国氛硅有机材料工业协会常务理事,专家委员会委员国家标准化管理委员会技术委员会委员、、、等标准的主要起草人国家标准化管理委员会首届标准创新贡献奖获得者原国家经贸委硅酮结构胶领导小组成员,专家委员会委员国务院特殊津贴专家广州市科技突出贡献金鼎奖获得者。随着传统非再生能源石油、天然气、煤等的大量使用带来的温室效应破坏性作用的不断显现,加上长期过渡开采已经引发的资源枯蝎,全球已经开始担优能源安全问题,使得原油的价格在近几年特别是年以翻番的速度上升,所引发的问题已经超过石油危机年代。可再生能源在此种背景下得到了前所未有的重视,其中风能和太阳能利用技术最为成熟,而风能由于受到地理环境的限制使用面有限,多晶硅光伏太阳能技术则受到发达国家和主要发展中国家的高度重视和大力推广,其中多晶硅又是光伏太阳能产业的基石。多晶硅材料行业由于技术门槛高、投资强度大而形成高度集中的局面,虽然有改良西门子法、冶金法、硅烷法等近十种工艺技术生产高纯度多晶硅,但改良西门子法占据了绝对主导地位。国内的多晶硅产业起步于上世纪年代,以峨嵋半导体材料厂为代表,主要为军工行业服务,一个企业的年产量不超过。直到本世纪初,我国开始重视高纯度多晶硅材料的大规模生产线的建设,以年成立的四川新光硅业公司为标志,但其建设速度十分缓慢,年才开始进人批量生产。而随着国内光伏产业的快速发展和发达国家由于十分优惠的补贴政策的实现,多晶硅光伏产品的需求量呈现几何级增长的局面,大大刺激了高纯度多晶硅的需求,使得其价格在一年内上涨了近十倍,此种不正常的价格上涨导致了国内众多大型多晶硅项目的上马,在未来一年内国内的多晶硅产能和产量将成几何级增长的态势,我国很快将成为全球多晶硅生产大国。而随着一批多晶硅大型项目的投产,必然导致多晶硅价格的大幅下降,对降低光伏太阳能终端产品的价格,使得多晶硅光伏太阳能发电的成本大幅度下降成为可能,反过来又促进多晶硅的进一步发展,可以说目前已经是多晶硅及其光伏太阳能产业发展的黄金时期。然而,根据改良西门子法的工艺技术路线,在大幅提高多晶硅产能的同时,必然导致其还原反应中副产物四氯化硅的消化成为行业发展的瓶颈。目前国内多晶硅工艺技术控制水平最好的企业,每吨多晶硅将产生左右的副产物四氯化硅控制水平差的甚至达到了,按照已有的在建和拟建项目,年我国的多晶硅总产能将突破血的水平,意味着至少有内的四氯化硅必须进行消化。四氯化硅作为一种高度危险的化学品,不能用普通的方法进行处理。多晶硅产生的副产物四氯化硅的安全和环保问题日益突出,如何安全处理四氯化硅已成为关系到多晶硅工业能否健康发展的关键问题。前些年国内的多晶硅总产量不大,四氯化硅的问题还不突出,而一旦国内多晶硅总产量超过万吨后,四氯化硅将成为制约多晶硅工业发展的大问题。这一问题也引起国家的重视,中央电视台《经济半小时》节目中以“多晶硅—繁荣背后的危机”专题进行报道,已经引起行业内外专家领导的高度关注,一致的看法是伴随着多晶硅产量的扩大,副产物回收处理也要跟上,否则,大规模生产将对安全生产和环境保护带来极大隐患。不能因为多晶硅产业在为再生能源作出贡献的同时对环境造成新的污染和破坏。四氯化硅在工业方面的用途不多,综合来看有个方面一是氢化还原为三氯氢硅二是合成气相二氧化硅三是合成硅酸乙醋四是提纯为光纤级四氯化硅。本文拟对四氯化硅这种应用工艺技术进行简要介绍和比较,希望对多晶硅行业的健康发展有所帮助。©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net应用科技年月日第十七卷第期氮化还原工艺路线目前国外多晶硅厂使用的氢化还原法处理儿的工艺,一般是在以氯化氢、氯化亚铜为触媒,或以硅藻土、活性炭、为载体的粒状镍盐、铜盐触媒存在的条件下,控制一定的温度℃、压力一,使与混合气体与硅粉在反应器内以沸腾状态接触进行氢化,部分石转化成石,其产物中的经分离后使其反复循环转化进行回收图为典型工艺流程示意图。其反应式为卜二全二不为了强化反应过程,有些多晶硅厂采用一种多层隔板的反应器,每层都分别放入硅粉和粒状触媒,使、玩的混合气体通过这种多层反应器以提高从的转化率。该工艺物料全部回收利用,闭路循坏,对环境无污染,使得多晶硅生产成本下降,减轻副产物四氯化硅对环境的压力。德国公司在此领域有技术领先优势。国内少数大的多晶硅企业已经花巨资引进了国外先进的