“硅”期将至 工业硅基础知识早知道！

　　据广州期货交易所发布的相关消息，工业硅期货计划于2022年下半年挂牌上市。接下来几期文章，会从工业硅基础知识、供需情况、上下游产业链、国内外产能情况等多维度对工业硅进行梳理介绍，为投资者们进一步普及工业硅基础知识。

　　1 工业硅的基本知识

　　硅(Silicon)，是一种极为常见的化学元素，化学符号是Si，一般以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%，仅次于第一位的氧。硅的化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质发生反应；硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。工业上在电弧炉中还原硅石可以得到工业硅。

　　工业硅又称为金属硅，由硅石和碳质还原剂在电弧炉内冶炼而成，硅元素的含量在98%左右(近年来，含Si量99.99%的也列在金属硅内)，其余杂质为铁、铝、钙等。工业硅按国家标准(GBT2881-2014)分为8个牌号，牌号按照硅元素符号与4位数字相结合的形式表示，分别为5530#、5210#、4410#、4210#、4110#、3303#、2202#、1101#等不同的牌号，其中Si4210需求量最大，Si5530应用更为广泛。4位数字依次分别表示产品中主要杂质元素铁、铝、钙的最高含量要求，其中铁含量和铝含量取小数点后的一位数字，钙含量取小数点后的两位数字(如4210#工业硅指的是铁含量≤0.4%，铝含量≤0.2%，钙含量≤0.1%)。而根据硅元素与其他元素含量的不同，又可以分为：准金属硅、硅铁、硅锰、硅铝、硅钙、硅钡、硅铬、镁硅、锗硅等合金品种。

　　2 工业硅的生产过程

　　工业上生产硅是在电弧炉中还原硅石(SiO2含量大于99%)得到粗硅。

　　原料主要有硅石和碳质还原剂。由于对工业硅中铝、钙、铁含量的限制比较严格，因此对原料的要求也特别严格。硅石一般要求SiO2>99.0%，Al2O3<0.3%，Fe2O3<0.15%，CaO<0.2%，MgO<0.15%；粒度为15~80mm.碳质还原剂一般要求固定碳高，灰分低，化学活性好，通常采用低灰分的石油焦或沥青焦作为还原剂。由于这两种焦炭电阻率小，反应能力差，因而必须配用灰分低，电阻率大和反应能力强的木炭(或木块)代替部分石油焦或沥青焦。为使炉料烧结，还要配入部分低灰分烟煤。如果过多或全部使用木炭，不但会提高产品成本，还会使炉况紊乱，如因料面烧结差而引起刺火塌料、难以形成高温反应区、炉底易开成SiC层、出铁困难等。

　　3 工业硅生产成本

　　首先是原材料成本。

　　生产1吨工业硅大概需要2.7-3吨硅石，成本占比大约在10%左右；需要2吨左右还原剂，成本占比在27%-32%左右；0.1-0.13吨电极，大约占成本的8%左右。

　　除原料成本之外，工业硅生产单位电耗在11000-13000度左右，电力消耗占据整个工业硅生产的大部分成本，大概为36%左右。

　　此外，工业硅的生产还涉及到的人工、折旧及维修费用合计大概在1800-2500元/吨左右，占总成本的8-12%。

　　4 工业硅的主要用途

　　工业硅在国民经济生活中应用非常广泛，主要消费领域是有机硅、多晶硅和铸造铝硅合金，其下游应用渗透到国防军工、信息产业、新能源等众多行业中，在国民经济社会发展中具有特殊的地位，是新能源、新材料产业发展不可或缺的重要材料，有广阔的应用前景。

　　(1)多晶硅的应用

　　工业硅经一系列工艺提纯后生成单晶硅、多晶硅，可供光伏产业及电子工业使用。其中，光伏领域用的太阳能级硅应用占比约95%，而电子级多晶硅主要用作半导体电子材料，对纯度要求极高，产量较少。

　　在光伏领域，多晶硅料经过融化铸锭可分别做成多晶硅片，进而用于制造晶硅电池；电池片经排列、封装并与其它辅材组合构成太阳能电池板。晶硅电池主要应用于太阳能屋顶电站、商业电站和高土地成本的城市电站，是目前技术最成熟、应用最广泛的太阳能光伏产品，占据世界光伏市场80%以上的份额。

　　高纯的单晶硅是重要的半导体材料，现代化大型集成电路几乎都是用高纯度准金属硅制成的，电子工业中广泛应用的二极管、三极管、晶闸管、场效应管和各种集成电路都是用硅做的原材料。高纯度准金属硅还是生产光纤的主要原料，用纯二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纤维。激光可在玻璃纤维的通路里，发生无数次全反射而向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，不受电、磁的干扰，不怕窃听，具有高度的保密性，是最新的现代通信手段。可以说准金属硅已成为信息时代的基础支柱产业。

　　根据光伏行业协会的数据，2015-2020年我国多晶硅产量稳定上升， 2020年多晶硅产量达39.2万吨。我国多晶硅企业多分布于低电价区域，如新疆、四川和内蒙古等地。

　　(2)有机硅的应用

　　化学工业中，工业硅用于生产各类硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅材料。有机硅兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业中。

　　硅橡胶弹性好，耐高温，用于制作医疗用品、耐高温垫圈等。硅树脂用于生产绝缘漆、高温涂料等。硅油是一种油状物，其粘度受温度的影响很小，用于生产高级润滑剂、上光剂、流体弹簧、介电液体等，还可加工成无色透明的液体，作为高级防水剂喷涂在建筑物表面。

　　随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系。从下游分布来看，建筑业、电子电器和纺织业的消费量分别占据有机硅下游消费的32%、31%和11%。

　　(3)合金硅的应用

　　在合金行业中，工业硅主要是作为非铁基合金的添加剂，与其他金属制成合金以提升性能。硅制成的合金主要包括：硅铝合金、硅铜合金、硅铁合金、硅锰合金等。其中，硅铝合金为合金硅行业的主要产品，含硅量为7-12%，硅元素能有效改善合金的耐腐蚀性能和机加工性能，主要用于制造低中强度的形状复杂的铸件，如盖板、电机壳、托架等。特别是新能源汽车行业对工业硅的需求相当大，高硅铝合金因具有比重小、重量轻、导热性好、热膨胀系数低、体积稳定性及耐磨、耐蚀性好等一系列优点，而广泛用作汽车发动机的缸套、活塞、转子、刹车盘等材料。

　　统计数据显示，2020年中国铝合金产量964万吨，同比增长2.3%，自2015年以来年均复合增速达到8.89%；2021年我国铝合金领域的工业硅消费量约53.9万吨，自2015年以来年均复合增长率为7.65%。

（文章来源：红塔期货）