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年产10000吨金属硅生产项目可行性研究报告.doc88页
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年产10000吨金属硅生产项目
可行性研究报告
二一年二月
受*****硅业有限公司的委托，*****工程管理咨询有限公司编制了《*****硅业有限公司年产10000吨金属硅生产项目的可行性研究报告》,在编制过程中，得到了建设单位的大力支持和帮助，在此表示感谢。
由于编制时间较紧，本项目可研报告难免有不当之处，请予指正。
可行性研究报告编写组
二九年十二月
项目总论 1
项目名称及承办单位 1
可行性研究的依据与范围 2
可行性研究的结论 3
项目提出的背景和发展概况 8
项目提出的背景 8
项目建设的必要性和可行性 10
市场分析与建设规模 14
产品的主要用途 14
行业结构分析 17
市场前景分析 19
建设规模 22
建设地区的选择 23
建设地点 23
建设条件 24
资源和原材料分析 28
项目建设技术方案 30
产品技术方案 30
总平面布置及运输 35
建筑工程方案 38
公用工程设计 39
供暖与通风 44
环境保护 45
第一节 设计采用的环保标准 45
第二节 项目对生态环境的影响和处理措施 45
消防及职业安全卫生 50
设计依据 50
消防与设施安全 50
生产过程中职业危害因素分析 52
职业安全卫生设计中采用的主要防范措施 53
预期效果及评价 54
能耗指标 56
节能措施综述 56
计量措施 59
第十章 企业组织和劳动定员 60
企业组织及工作制度 60
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金属硅的生产工艺
首先 硅Si 不是金属,是半导体
石英(沙子)与碳在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑
为了满足半导体级高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成三氯氢硅(SiHCl3)。
其化学反应Si+HCl→SiHCl3+H2↑
在此基础上还需要进一步提纯，经过一系列化学分离提纯工艺除去一些电活性杂质，碳和过渡元素杂质，才能使SiHCl3 的纯度达到半导体级的标准要求。
多晶硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成。其化学反应SiHCl3+H2→Si+HCl。经过如此提纯工艺技术，可生产出半导体级高纯硅SiHCl3、SiH2Cl2及光纤级高纯硅SiCl4。
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以用煤、焦炭和木屑等）一起在电弧炉中加热 至2100°C左右，这时碳就会将硅还原出来。 金属硅广泛应用于冶金、化工、电子等行业。据统计，用于铝工业的金属硅约占整个行业 需求的60%左右，钢铁工业约为15%，有机硅行业约为20%，半导体及其他行业约为5%。 金属硅的附加产品包括硅微粉、边皮硅、黑皮硅、金属硅渣等。其中硅微粉也称硅粉、微 硅粉或硅灰，它广泛应用于耐火材料和混凝土行业。全球金属硅生产国主要有中国、巴西、挪威、美国、俄罗斯等，我国是全球最大的金属硅 生产国。据统计，中国现在的金属硅产能至少有150 万吨，占全球金属硅总产能的75%。 生产一吨金属硅，需要消耗12,000-13,000 度电，电力成本占整个生产成本的60%。因此我 国金属硅产能主要集中在硅石资源非常丰富、水电充沛的贵州、云南、福建、广西、四川、湖 南等地区。 金属硅价格长期低迷 由于金属硅行业的准入门槛很低，投资1 台6,300kva 的硅炉只需要300-400 万元，在
年间，各地纷纷开始投资生产金属硅，使得中国的金属硅产能飞速增长，最终导致 的结果是金属硅价格长期低迷，一直在1.0-1.5美元/公斤徘徊。 总体而言，全球金属硅的产能及价格并不能对目前全球紧缺的多晶硅生产构成 重大实质性影响。多晶硅：全球电子工业及光伏产业的基石 多晶硅是由工业硅粉氯化，采用物理化学方法提炼和特定条件下还原生产的新材料。多晶 硅是单晶硅生产的基本原料，是现代微电子工业的基础材料。目前， 100%的IC及95％的太阳能 电池是硅制造的。 多晶硅按照硅含量的纯度分为两个等级，硅含量为大于99.999%的为太阳能级硅（SG），主 要用于太阳能电池的生产制造。纯度大于99.9999999%的多晶硅为电子级硅（EG），主要用于微 电子工业。 太阳能级硅是电子级硅生产过程的副产品，按照质量排序主要包括以下几种：电子级硅的 次产品、等外品硅大块、小块料、单晶硅锭头尾料、厂内循环返回料、锅底料以及其它来源的 硅料。 多晶硅主要采用化学提纯、物理提纯两种方法进行生产，其中化学提纯方法主要有西门子 法（气相沉淀反应法）、甲硅烷热分解法、流态化床法，物理提纯方法主要有区域熔化提纯法 （FZ）、直拉单晶法（CZ）、定向凝固多晶硅锭法（铸造法）。 以往，国际主流厂商大多采用西门子法进行多晶硅的生产 以往，国际主流厂商大多采用西门子法进行多晶硅的生产。方法是在流化床反应器中混合 冶金级硅和氯化氢气体，最后得到沸点仅有31°C的三氯化硅。 化学反应方程式为：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放热） 随后将三氯化硅和氢气的混合物蒸馏后再和加热到1100°C的硅棒一起通过气相沉积反应 炉中，从而除去氢气，同时析出固态的硅，击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为 99.9999999%的硅。物理法中， 全球最大的太阳能级硅材料生产商REC及MEMC将在06年新工厂中开始使用区域熔 化提纯法（FZ）。区熔法属于无坩埚法的一种，这种区熔工艺自1952年发表第一篇关于区域熔 化的原理以来到现在已50多年的历史。该法显著的特点是不用坩埚盛装熔融硅，而是依靠在高 频电磁场作用下硅的表面张力和电磁力支撑局部熔化的硅液，因此又称为悬浮区熔法，区熔提 纯的原理是根据熔化的晶体再结晶过程杂质在固相和液相中的浓度不同而达到提纯的目的。 国际上的其它多晶硅主流生产厂商为应对太阳能行业的强大需求，摆脱太阳能级硅材料对 电子级硅材料的依附，也纷纷开发、利用更为简单的工艺单独生产低纯度的太阳能级硅。 太阳能级硅材料的成本有望控制在30美元/公斤以下总体而言，由于新方法、新工艺的采用。目前，国际主流厂商太阳能级硅材料的成本有望 控制在30美元/公斤以下。 硅材料仍将是制约光伏产业发展的最大瓶颈 多年来，各国科学家一直致力于降低光伏发电成本，目前，以降低硅材料消耗量的薄膜电 池是基础研究工作中的热点课题。 非晶硅太阳能电池 非晶硅太阳能电池是在晶体硅制成的前道工序中，将含有金属硅的烷气采用化学方式蒸镀 到非硅基板（如玻璃基板）上制造而成。 非晶硅电池由于厚度只需1μｍ左右，约为晶体硅电池的1/200，可节省大量硅材料。目前 约比晶体硅电池的售价约低1/4～1/3。 但由于光诱导衰变，即所谓的S-W效应。目前非晶硅电池实验室效率能达15%，但生产电池 组件的稳定效率仅为5.5%～7.5%，效率低、稳定性差。从工业化生产和地面电源应用的要求来看，问题还远未得到令人满意的解决，仍有许多科 学难关需要突破。 碲化镉（CdTe）薄膜大阳能电池 碲化镉薄膜大阳能电池由CdTe、 CdS和其他Ⅱ－Ⅵ族化合物通过相对简单且成本低的工艺沉 积在衬底上经干燥和烧结而成。目前实验室效率达到16.5%，中试线效率达到10%，已由实验室 研究阶段走向规模化工业生产。 但由于Cd是重金属，有剧毒，Cd的化合物与Cd一样，也是有毒的。含有Cd的尘埃通过呼吸 道对人类和其他动物造成的危害，同时生产废水废物排放所造成的污染。 因此，碲化镉薄膜电 池的推广，仍需在环境保护方面有所突破。 硒铟铜（CIS）薄膜太阳能电池 CIS薄膜是一种Ｉ－Ⅲ－Ⅵ族化合物半导体， 具有黄铜矿、 闪锌矿两个同素异形的晶体结构。 经过多年的研发， CdS/CuInSe2电池组件的效率已达11%， CdS/CuInSe2电池组件的效率已达18％， 并已建立起了工业化生产线。 该电池的主要优点是：具有较高的光吸收率，比非晶硅电池效率高，可达20％左右；生产 成本低，仅为晶体硅电池的1/3～1/2。 CIS薄膜今后仍需在提高电池的稳定性和改进与完善工业化生产工艺技术等方面进一步开 展研究。这种电池能否成为可以广泛生产应用的光伏器件，最为关键的问题是铟的资源保证问 题，因为世界铟的资源十分有限。同时，镉的污染问题也是需要突破的难关。 多晶硅薄膜太阳能电池 多晶硅薄膜电池当前面临的主要问题是尺寸小，衬底材料昂贵 多晶硅(Poly-Si)薄膜是由许多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒构成的。 多晶硅薄膜 在长波段具有高光敏性，对可见光能有效吸收，又具有与晶体硅一样的光照稳定性，因此被公 认为是高效、低耗的理想光伏器件材料。 多晶硅薄膜电池只有传统晶体硅电池厚度的３％左右。因此，要得到同样的转换效率，对 薄膜材料的质量少数载流子的扩散长度要求仅是对硅片要求的1/30。在制造工艺上，多晶硅薄 膜电池集电池和组件于一体，从而大大降低了生产成本。 BP Solar公司是世界著名的从事多晶硅薄膜电池产业化开发的公司，目前中试线生产的电 池组件效率已达8.5%，生产成本约在1.95美元/Wp，并正在生产1平方米面积的组件。 多晶硅薄膜电池具有上述的效率高、性能稳定及成本低的优点，是降低太阳能电池成本的 最有效的方法，但目前尚存在如下问题：1、多晶硅薄膜低温沉积，质量差，薄膜晶粒尺寸小， 电池效率低。2、多晶硅薄膜高温沉积，能耗高，尚缺少适于生长优质多晶硅薄膜的廉价而优良 的衬底材料。 因此，薄膜电池目前的主要用途仍集中在太阳能手表、手机等消费电子应用领域。 总体上，薄膜太阳能电池要取代基于硅片技术的多晶硅、单晶硅太阳能电池仍尚需时日。 2005年，多晶硅、单晶硅太阳能电池分别占据了全球太阳能电池总产量的55%、36%，全球95% 以上的太阳能电池使用硅材料制造而成。 硅晶体太阳能电池的地位难以撼动 欧洲光伏协会的有关专家预计，2010年以前，硅晶体太阳能电池的地位难以撼动，仍将有 90%的太阳能电池基于硅片技术制造。 以至于薄膜太阳能电池以及其它新概念太阳能电池已经取得突破的2030年，改良后的硅太阳能电池仍将与薄膜及新概念太阳能电池三分天下，产量将达 到目前的1.5GW增长至120GW以上。面对光伏产业的高速增长及广阔前景，全球主流的硅料厂商均纷纷抛出了针对光伏产业的 硅料扩产计划。 各大硅料厂的扩产计划稳健有序 Helmlock计划在2010年将产能扩张至19000吨。 Wacker计划投资约2亿欧元，在德国博格豪森建立新的超纯多晶硅工厂，以满足太阳能产业 对超纯多晶硅日益扩大的需求。 新工厂设计年生产能力为2500吨。加上其它扩建措施，新工厂 的投产将使瓦克在2008年达到9000吨的年生产能力，最终于2010年达到11500吨的产能。 REC决定建造第三座多晶硅厂，预计2008年达产，增加产能6500吨，预计2010年，REC的产 能将达到14000吨。 Tokuyama决定2008年产能达到6800吨，2010年在小幅增长到7400吨。 MEMC计划2010年底产能达到7000吨左右。 而日本三菱面对目前太阳能产业的疯狂局面显得非常冷静，他们表示多硅晶迟早会产量过 剩，根据现在的情况预测三菱到2010年的产能将达到3200吨。 除国际主流厂商的扩产计划以外，目前，中国、俄罗斯等国企业也纷纷抛出了新建计划。 预计至2010年，中国、俄罗斯将新增产能12000吨。
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