新疆硅产业情况

一：新疆硅产业的介绍

新疆拥有丰富的硅石资源。硅石是硅产业的重要原料，新疆的硅石储量大，分布广，质量优。这为硅产业的发展提供了坚实基础。其次，新疆的硅厂规模逐年扩大。在过去的几年中，新疆的硅厂数量逐渐增加，并且不断提高硅生产能力。

目前新疆乌鲁木齐、昌吉准东地区、鄯善县、石河子、伊犁等地都有硅基产业的布局，其产量非常大，绝对可以算得上中国版的“硅谷”。

新疆共有工业硅企业27家，主要分布在伊犁、石河子、吐鲁番、哈密、昌吉等区域，其中伊犁地区硅厂较多，有13家，但整体规模较小；昌吉和石河子地区为龙头硅厂盘踞，合计产能82万吨，占比新疆40%，哈密吐鲁番地区新增产能较多，集中度较高。

二：工业硅、多晶（单晶）硅、有机硅

近年来，新疆依托能源资源优势，硅基材料产业“狂飙”式发展，形成了工业硅、多晶（单晶）硅、有机硅产业集群。新疆是我国甚至世界工业硅和多晶硅主产区域。从硅基产业链来看，新疆硅基产业主要集中在产业链的中上游。

① 工业硅

工业是指在工业生产中有广泛用途的硅产品的统称。

包括:硅铁、金属硅、硅锰、硅铝、钡锰钛铁、硅锰钒铁、硅铝钡铁、硅铝铁、硅钙、硅钢板、铝硅合金、镍铬一镍硅热屯偶丝、锰硅合金、稀土硅钙钡、硅钙合金、硅钡合金、硅铬合金、镁硅合金、锗硅合金、硅钴、硅青铜、铁硅合金、锌硅合金、硅钛铁合金、镍硅合金、铝镁、硅合金、铜硅合金等等。

工业又称金属硅，是指含二氧化硅为主的硅矿石和碳质还原剂等为原料，经过高温熔炼制成的含硅量98~99.9%以上的产品。

工业硅是信息、新能源、新材料产业最基础的功能性材料，是硅产品产业链中的一个极为重要的上游产品。以其为基础衍生的工业产品，品种繁多，涉及的领域广泛，被誉为“魔术金属”、“工业味精”。

主要应用领域有四方面:一是用作冶炼铝材和钢材的添加剂。二是用于合成各种有机硅材料。三是经提纯后生成电子级高纯工业硅和太阳能级高纯工业硅。四是用于制造半导体硅、硅陶瓷、碳化硅、氮化硅等新材料。

以工业硅为起点的产业链不但数量多、关联产业众多，而且链环长，层次高，科技含量大，是我国经济结构调整的主导方向之一。

2023年工业硅待投产产能超百万吨，部分24年待投产能如下：

»» 如何得到高纯度的工业硅呢？

工业硅是以硅石（石英砂）为原料，以碳质材料为还原剂，通过在矿热炉中熔炼获得。

工业硅制备工艺流程具体操作如下:

硅石及还原剂按一定的配比称量自动加到矿热炉内，将炉料加热到2000℃以上，二氧化硅被碳还原剂还原生成了工业硅液体和一氧化碳(CO)气体，CO气体通过料层逸出，并将炉料预热。

在硅水包底部通入氧气、空气混合气体，以除去钙、铝等其他杂质。通过电动包车将硅水包运到浇铸间浇铸成硅锭。

硅锭冷却后进行破碎、分级、称量、包装、入库得到成品硅块。烟气经炉口烟罩进入烟道，经空冷器、风机进入布袋除尘器除尘等环保设施处理后，达到国家规定排放标准排放。

工业制硅化学方程式:

2C + SiO2 = 2CO +Si

其中硅石SiO2和碳质还原剂C是工业硅冶炼的两种主要原料，生产1吨工业硅需消耗2.7-3吨硅石，2-2.5吨左右的还原剂(含精煤、石油焦、木炭、木片等)以及0.08-0.13吨电极。

★ 应用案例：武汉苏伯曼科技有限公司用于新疆准东硅业的硅水抬包的砌筑和包内防护。

产品：ZS-1021（2300℃）和ZS-1071

拓展：

硅水抬包的外保温可以推荐ZS-1

烟气的防腐（除尘器，冷却器或者烟道）可以推荐1041、711、1034

① 多晶硅

定义：多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。

多晶硅根据其纯度不同可分为冶金级、太阳能级和电子级，其中电子级多晶硅纯度要求最高（纯度在9N以上）。

多晶硅生产工艺的复杂性，目前其制备工艺有较高的技术壁垒，还需进一步优化与提升。现阶段主流的多晶硅生产工艺有改良西门子法、硅烷法、气液沉积法、流化床法、碳热还原法和熔盐电解法等。

多晶硅可作拉制单晶硅的原料，而单晶硅片是半导体工业、电子信息产业、太阳能光伏电池产业的最主要、最基础的功能性材料。

多晶硅是由许多小晶体合并而成，通过将多晶硅进行加热熔化，然后通过拉晶法制备单晶硅棒，这种方法能够生产出高质量的单晶硅棒。

多晶硅如何制备单晶硅棒？

将多晶硅原料放在炉体的石英坩埚 内进行高温熔化（1450℃以上），在低真空度和氩气保护下，用一根固定在籽晶轴上的籽晶插入熔体表面，在籽晶与熔体达到热平衡时，液面会靠着表面张力的支撑吸附在籽晶下方。若此时我们将籽晶往上提升，这些被吸附着的液体也会跟着籽晶往上运动，而形成过冷状态。过冷的液体会凝固结晶，且随着籽晶方向长成单晶硅棒。

★ 应用案例：在炉体水冷屏内壁涂刷 1061 或 233 进行对界面的温度微调

多晶硅如何制成太阳能晶体硅电池片？

硅片清洗

硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约 10-20um。

采用表面腐蚀的方法:酸性和碱性腐蚀。

碱性腐蚀:常用的腐蚀剂为加热到 80~90℃的 20%~30%的 NaOH 或 KOH 溶液。由于碱液腐蚀的各向异性，多晶硅的腐蚀不能采用碱性溶液腐蚀，因为如果腐蚀速度过快或腐蚀时间过长，在晶界处会形成台阶，为以后电极的制备带来麻烦。

酸性腐蚀：利用各向同性的硝酸、乙酸和氢氟酸混合溶液对硅片表面进行腐蚀，能够有效的解决多晶硅使用碱性溶液腐蚀会产生台阶的问题，但是酸液腐蚀速度过快而难于控制，会产生废酸废水。

在硅片的清洗、制绒、扩散制结、刻蚀等工序中，都会使用酸碱进行清洗，会产生废酸、酸气腐蚀、酸碱性废水，需要防腐涂料。

★ 应用案例：中芯国际集成电路制造（北京）有限公司地下混凝土污水中转存储池。

选用产品：1011油性过渡+1033耐氢氟酸防腐涂料

拓展：对废液储罐、钢结构、污水池进行防腐可以选择1034、1033、1032