- 矽Silicon 【基本介紹】
- 矽是一種化學元素，英文名稱Silicon，化學符號是Si，舊稱矽，原子序數14，相對原子質量28.0855，密度2.4g/cm³，熔點1414℃，沸點2355℃，元素週期表上IVA族的類金屬元素。矽有晶體矽和無定形矽兩種同素異形體，晶體矽為鋼灰色，無定形矽為黑色，晶體矽屬於原子晶體，硬而有光澤，有半導體性質。矽的化學性質比較活潑，在高溫下能與氧氣等多種元素化合，不溶於水、硝酸和鹽酸，溶於氫氟酸和鹼液。矽在自然界中分佈極廣，一般很少以單質的形式出現，主要以二氧化矽和矽酸鹽的形式存在，地殼中約含27.6%，是地殼中僅次於氧的第二豐富元素。主要用來製作高純半導體、耐高溫材料、光導纖維通訊材料、有機矽化合物、合金等，被廣泛應用於航空航天、電子電氣、建築、運輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。
- 【矽元素的發現】
- 1787年，存在於岩石中的矽首次被拉瓦錫發現，1800年被戴維誤認為是一種化合物。1811年,J.L.蓋呂薩克和L.-J.泰納爾加熱鉀和四氟化矽得到不純的無定形矽，根據拉丁文silex（燧石）命名為silicon；同年，Gay-Lussac和Thenard用矽的四氟化物與鹼土金屬反應，發現在反應當中生成赤褐色的化合物（可能是含不純物無定形的矽）。直到1823年，矽首次以一種元素形式被瑞典化學家貝採利烏斯（Jöns Jacob Berzelius）發現，並在一年後用與蓋-呂薩克大致相同的方法，提煉出了無定形矽；隨後用反覆清洗的方法將單質矽提純；同年，貝採利烏斯以氧化矽的粉末，加以鐵，碳的混和物在高溫下加熱，得到矽化鐵。
- 但是為了抽取純的矽，貝採利烏斯使用矽-氟-鈣的化合物，乾燒之後得到的固體，加水分解得到純矽。1824年，在斯德哥爾摩，貝採利烏斯透過加熱氟矽酸鉀和鉀獲取了矽。這個產物被矽酸鉀汙染，但他把它放在水中攪拌，由於水會與之反應，因此得到了相對純淨的矽粉末，因此發現矽的榮譽歸屬於貝採利烏斯。1824年J.J.貝採利烏斯用同樣的方法，經過反覆洗滌除去其中的氟矽酸，得到純無定形矽。直到1854年，結晶的矽才被提煉出來；同年H.S.C.德維爾也第一次製得晶態矽。
- 【矽行業發展歷程】
- 從20世紀50年代開始，各個研究小組開始了矽的研究工作，研究小組主要包括：貝爾實驗室的G.K.迪爾(Teal)小組，主要研究矽單晶的生長；西門子集團的W.Heywang小組與豪斯科(Halske)材料研究實驗室，主要研究矽的純化，製出高純矽；在普萊茨菲爾德(Pretzfeld)的E.斯潘科(E.Spenke)領導下的實驗室也加入到矽的研究工作中。
- 1957年基爾比(Killby)搭建了第一批功能化的積體電路。1960年貝爾實驗室的康(Kahng)和艾塔拉(Atalla)首次研製出MOS電晶體。這兩項發明為矽積體電路在資訊科技市場中的大規模應用開闢了道路。
- 矽的大規模生產主要採用兩種方法：
- 1.垂直區熔法：1952年由貝爾實驗室斯尤爾(K.H.Theuerer)等和西門子的K.斯伯茨(K.Siebertz)與H.漢克(H.Henker)發明，經過若干技術改進，適用於大規模生產，可以製造直徑為幾釐米，278長度超過1米的矽棒，然而由於該法自身在物理上的侷限，致使矽棒的直徑受到制約。
- 2.經典坩堝提拉法：由於對更大直徑矽晶片持續增長的需求，垂直區熔法被根據切克勞斯基(czochralski)法設計的經典坩堝提拉法取代，該方法在美國被廣泛使用。大規模工業生產高品質單晶矽對於計算機通訊系統、感測器、醫療裝置、光伏器件、衛星、宇宙飛船等都有重大影響，美國的貝爾實驗室、德州儀器公司、歐洲的菲利普、西門子和瓦克等全球大公司抓住了機遇成為初期的矽生產廠家。到了20世紀六十年代，矽成為主要應用的半導體材料，到七十年代隨著鐳射、發光、微波、紅外技術的發展，一些化合物半導體和混晶半導體材料：如砷化鎵、硫化鎘、碳化矽、鎵鋁砷的應用有所發展。一些非晶態半導休和有機半導休材料（如萘、蒽、以及金屬衍生物等）在一定範圍內也有其半導體特性，也開始得到了應用。
- 【全球工業矽發展現狀】
- 隨著全球資訊科技的不斷髮展，全球矽材料需求增長迅猛，主要用來製作半導體材料、太陽能電池、各種積體電路、金屬陶瓷、軍事武器、光導纖維通訊、效能優異的矽有機化合物等廣泛應用於航空航天、電子電氣、建築、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。特別是近幾年，隨著太陽能光伏、汽車、建築工程、電子資訊幾個行業的加速發展，也使得矽產品經歷了從供不應求到產能過剩的鉅變。
- 2011年以來光伏市場持續低迷，發展中國家經濟面臨過熱發展問題，發達國家經濟復甦緩慢，歐債危機尚未解除，全球經濟總體增速放緩。截止2013年6月，2013年上半年全球工業矽產能494萬噸，同比上升了3.1%，2013年上半年全球工業矽產量109萬噸，同比增加6.8%。其中，西方市場相對穩定，工業矽產量基本沒有發生太大變化。國外主要工業矽企業共有13家，其中最大的未西班牙大西洋鐵合金集團，2013年上半年該集團產量（不含中國工廠）為10.1萬噸，同比下降2.8%。美國環球冶金是國外第二大工業矽企業，儘管環球冶金在其2013年第二，第三季度均出現虧損，但公司工業矽總產量卻上升至9.6萬噸。巴西是除中國外工業矽產量最大的國家，大部分產品出口至歐洲及美國。2013年上半年，因美國工業矽價格持續低迷，巴西工業矽產量出現下降，但因變化較小，對市場整體影響極為有限，預計下半年產量將重新增長。俄羅斯、澳大利亞、伊朗等國，因本國產量基數較小，市場穩定，常年接近滿產狀態，產量變化非常有限。
- 由此看來，中國工業矽產量增加帶動了全球產量的上升。但全球工業矽消費增幅還是出現了下降，2013年上半年，全球工業矽消費共107萬噸，較2012同比上升3.9%：其中鋁合金消費量為49萬噸，同比增長8.6%；有機矽消費42萬噸，同比增長5.2%；多晶矽消費12萬噸，同比減少20%。
- 由上可知，2013年上半年全球工業矽產量109萬噸，消費量108萬噸，供大於求1萬噸。
- 【我國矽行業發展歷程】
- 我國工業矽的發展始於1957年，在當時蘇聯幫助下在遼寧建成投產了採用單相雙電極爐的第一個生產單位。1960年以後，我國開始自行設計建設單相和三相電極工業矽爐。從上世紀60年代初至70年代末，先後在遼寧、河北、江蘇、上海、天津、河南、青海、貴州等省區建成投產了十幾個生產單位，形成了近2萬t/a的生產能力。這一階段，我國的工業矽生產處於國內自產自用，能夠達到自給自足的狀態。
- 1980年以後，我國的工業矽開始出口，隨著出口量的迅速增加，生產企業數量迅速增漲。到80年代末，我國的工業矽企業達到約300家。1989年的政治風波，使我國的工業矽生產遭受一次重大挫折，之後的幾年，我國的工業矽企業關停或轉產了一半以上。上世紀90年代中期，世界工業矽出現了短暫的供不應求，價格上揚，我國的工業矽企業又有一些恢復生產，還有一些單位新建或增建了工業矽爐。90年代後期，受國際市場工業矽價格下滑和亞洲金屬危機等因素影響，我國東北、華北、西北、華東等地區的一些工業矽企業又有一批停產或轉產，同時在電力供應充足，且電價較低的貴州、雲南、四川等省區又新建了一批工業矽企業。
- 進入21世紀以來，隨著我國各地區能源和原材料供應狀況和價格的不斷變化，不適合繼續生產的企業被迫關停，而具有能源等供應優勢地區的新建工業矽企業的建設，仍在不斷進行著。2004年以來，國家對一些資源性產品行業出臺了一系列宏觀調控政策，工業矽行業是被國家宏觀調控的行業之一。近幾年來工業矽企業又面臨著新的考驗和抉擇。1957年至今，經過50多年的發展，我國建成投產的工業矽企業達到600家以上，目前仍在生產的企業有200家以上，擁有生產能力達到200萬t/a以上，實際年產量早已超過100萬t。
- 我國金屬矽生產企業區域統計如下：
- 我國的工業矽生產與國外相比，突出的特點是：工業矽爐容量較小，臺數較多，生產企業多而分散。我國工業矽生產的這種狀況優點是：資金容易籌集，建設週期短，速度快，能迅速取得投資效益，便於停爐、開爐，能更好地利用分散的剩餘電力和季節性水電，能為更多的人提供就業機會，發揮人力資源優勢。存在的問題是：爐容量小，熱穩定性差，不易取得好的技術經濟指標，一些先進的技術和操作管理經驗難於推廣普及;企業之間難於形成統一的意志和行動，企業佔地面積較大，規模不經濟。
- 【我國矽產業發展現狀】
- 近些年，隨著我國經濟的不斷髮展，全球光伏產業帶動中國光伏產業發展迅速，我國矽材料產業也隨之發展迅猛，目前，我國已成為全球矽產業最大的生產國和消費國，根據矽業分會發布的2011年和2012年金屬矽供需平衡表可知，供應狀況由2011年供大於求轉為2012年的供不應求。2012年我國工業矽產量為113萬噸，同比下降16.3%；2012年國內金屬矽消費量為68.2萬噸，同比微漲1.4%。具體資料如表1。國內金屬矽各個區域產量如表2。
- 國內金屬矽各個區域產量如表2。
- 由於2009年，美國、歐盟、墨西哥針對中國鋁土、焦炭、黃磷、螢石、鎂、錳、金屬矽、碳化矽和鋅9種原料產品出口實施配額和出口關稅的做法向WTO提起訴訟，認為此舉違反了中國2001年加入WTO時的承諾。2012年1月30日，世界貿易組織上訴機構（DSB）就該案作出裁決報告，稱中國不公平地限制了廣泛用於鋼鐵、鋁和化工產業的9種原材料的出口，並稱“中國必須降低出口關稅，解除出口限額”，以符合其作為世界貿易組織成員國的義務。《2013年關稅實施方案》2013年1月1日起實施。根據中華人民共和國財政部2013年關稅實施方案通知，金屬矽關稅(關稅號28046900)已被取消。此次調整的關稅正是對上述裁決的執行。
- 2013年上半年我國工業矽產能為375萬噸，同比上升4.2%；產量為60萬噸，同比上升9.1%；2013年上半年我國工業矽消費量為30.1萬噸，同比下降2.6%。2013年1月1日起，我國工業矽出口關稅被正式取消，所以2013上半年我國工業矽出口量出現顯著增長。2012年10月到2013年10月我國工業矽出口量及價格走勢圖如下：
