四氯化硅為制造多晶硅時產(chǎn)生的副產(chǎn)品,是一種高度有毒的物質(zhì),會對環(huán)境造成嚴重污染。由于該種物質(zhì)回收再利用的成本昂貴,多數(shù)中國太陽能廠房均未裝設或完全安裝相關的回收設備。
多晶硅是高污染項目,中國多數(shù)多晶硅企業(yè)環(huán)保不完全達標。生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)品——四氯化硅是高毒物質(zhì)。用于傾倒或掩埋四氯化硅的土地將變成不毛之地,草和樹都不會在這里生長。它具有潛在的極大危險,不僅有毒,還污染環(huán)境,回收成本巨大。
多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時,硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核,如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒,則這些晶粒結(jié)合起來,就結(jié)晶成多晶硅。生產(chǎn)多晶硅的過程是:硅砂先在電弧爐中與碳置換成98%的金屬硅,跟著與氯氣、氫氣反應后生成三氯氫硅,再在氫氣中還原沉積成多晶硅。
多晶硅項目投資龐大,一個千噸級項目規(guī)模等于一座中型石化廠,投資約12億元,且氯氣有毒,空氣中超過0.001毫克/升人就有危險,技術不過關的話,多晶硅會隨氯氣跑出,嚴重污染環(huán)境。
我國大部分多晶硅企業(yè)技術未過關,事實上,目前中國尚無年產(chǎn)量超過1000噸的多晶硅生產(chǎn)工廠,大規(guī)模生產(chǎn)面臨一定風險,尤其是如果副產(chǎn)品回收處理跟不上,將對安全生產(chǎn)和環(huán)境保護帶來極大的隱患。
隨著我國多晶硅總產(chǎn)量的逐年增加,多晶硅的副產(chǎn)物四氯化硅的安全環(huán)保問題日益突出。四氯化硅是多晶硅生產(chǎn)中最大的副產(chǎn)物,未經(jīng)處理回收的四氯化硅是一種具有強腐蝕性的有毒有害液體。2010年我國多晶硅產(chǎn)能將擴大到30000噸/年左右,而生產(chǎn)1000噸多晶硅就產(chǎn)生8000噸四氯化硅。照此計算,2010年的實際產(chǎn)量如果為設計產(chǎn)量的70%,即多晶硅產(chǎn)量達到20000噸,那么四氯化硅的產(chǎn)生量將超過16萬噸,對四氯化硅的無害化處理將成為制約多晶硅發(fā)展的瓶頸。
這正是中國太陽能產(chǎn)業(yè)所不得不面臨的現(xiàn)實。多晶硅核心技術——三氯氫硅還原法壟斷在美國、德國、日本等六七家企業(yè)手中,中國企業(yè)很難獲得關鍵技術。生產(chǎn)多晶硅是一個提純過程,金屬硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅,再用氫氣進行一次性還原,這個過程中約有25%的三氯氫硅轉(zhuǎn)化為多晶硅,其余大量進入尾氣,同時形成副產(chǎn)品——四氯化硅。在這個過程中,如果回收工藝不成熟,三氯氫硅、四氯化硅、氯化氫、氯氣等有害物質(zhì)極有可能外溢,存在重大的安全和污染隱患。四氯化硅一遇潮濕空氣即分解成硅酸和劇毒氣體氯化氫,對人體眼睛、皮膚、呼吸道有強刺激性,遇火星會爆炸;氯氣的外溢則可使人出現(xiàn)咳嗽、頭暈、胸悶等病狀,并導致農(nóng)作物大面積減產(chǎn)和絕收。
說到底,多晶硅對系統(tǒng)性要求非常高,不是單套,而是幾百套上千套設備相互配合才能出產(chǎn)品,因為大量易燃易爆氣體的存在,所以對生產(chǎn)過程的安全要求很高,副產(chǎn)品回收方面也需很高的工藝水平,技術風險、環(huán)境風險都非常大。
目前,國內(nèi)在建多晶硅生產(chǎn)廠所用改良西門子生產(chǎn)法是向俄羅斯購買的技術,而該技術與美國、日本等國企業(yè)還有相當差距,沒有經(jīng)過大批工業(yè)化生產(chǎn),其缺點是氣體回收率低,污染大,產(chǎn)出率低,耗能高。
因此,環(huán)境保護是未來多晶硅行業(yè)準入或者淘汰落后產(chǎn)能的重要指標。