王躍林吳利民(廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司，廣州510450)
氣相法白炭黑是硅的鹵化物(主要是四氯化硅和甲基三氯硅烷)在氫氧火焰中高溫水解生成的納米級白色粉末，學名叫氣相二氧化硅或氣溶膠二氧化硅，是重要的補強填料和多功能的添加劑，廣泛應用于硅橡膠、橡膠、塑料、涂料、油墨、醫(yī)藥、造紙、食品、化妝品、化學機械拋光等行業(yè)，可起到補強、增稠、觸變、消光等作用，它是一種在世界范圍內真正工業(yè)化的納米材料。
一、氣相法白炭黑的產業(yè)現(xiàn)狀
氣相法白炭黑在國外已有60多年的生產歷史。美、德、日等國經過多年的開發(fā)與研究，已大量生產和銷售氣相法白炭黑。2005年國外氣相法白炭黑總生產能力為21萬噸/年左右。隨著我國及亞洲經濟的快速增長，出現(xiàn)了巨大市場需求空間，低生產成本的吸引力以及發(fā)達國家的環(huán)保壓力使國外氣相法白炭黑生產廠家開始向亞洲轉移。2005年德國德固賽公司于泰國建成了3000t/a的氣相法白炭黑生產裝置，主要是為原通用電氣-信越有機硅項目配套。面對中國氣相法白炭黑市場巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑖鈿庀喾ò滋亢谏a廠家不僅將大量的產品出口到我國市場，同時開始在我國建設大型生產裝置，并考慮增加了在中國的投資，以強化和擴大在中國的業(yè)務。美國卡博特公司和中國藍星(集團)總公司簽訂協(xié)議，雙方投資約3000萬美元建設中國最大世界一流的氣相二氧化硅生產廠——卡博特藍星(江西)化工有限公司，總體規(guī)模4600噸/年，已于2006年投產。美國道康寧公司與德國瓦克化學股份有限公司宣布計劃在亞洲地區(qū)成立合營公司，生產有機硅原材料及氣相法白炭黑，該計劃必定成為亞洲地區(qū)領先的有機硅中間體原材料及白炭黑綜合實施生產項目。氣相法白炭黑生產規(guī)模5000噸/年，該項目已經完成建設，計劃于2008年試生產。日本德山公司投資4990萬美元在浙江嘉善港建設5000噸/年氣相法白炭黑生產裝置，2005年開始建設，已于2007年正式投產。
我國從20世紀60年代開始小規(guī)模生產氣相法白炭黑，目前國內有沈陽化工股份有限公司、上海氯堿化工股份有限公司和廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司的合資企業(yè)-吉林雙吉化工新材料有限公司和開化新吉新材料有限公司生產氣相法白炭黑。其中沈陽化工股份有限公司的生產能力為1000噸/年，上海氯堿化工股份有限公司為100噸/年，廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司為2800噸/年，另外還有疏水型氣相法白炭黑產能500噸。
2007年我國氣相法白炭黑的生產裝置已經達到13500噸/年的產能，其中國內企業(yè)產能將占29%。2007年國內氣相法白炭黑裝置產能情況詳見表1。
國外氣相法白炭黑公司將生產裝置有計劃地移至我國，力圖更有效地控制我國市場，憑借其雄厚的技術經濟實力對我國進行生產技術封鎖、市場和原材料壟斷。我國氣相法白炭黑市場發(fā)展環(huán)境極為嚴峻，產業(yè)面臨巨大的生存壓力與挑戰(zhàn)。我國經過半個世紀的科研攻關，氣相法白炭黑產業(yè)發(fā)展至今來之不易，大力發(fā)展和有效保護國內氣相法白炭黑產業(yè)已刻不容緩。面對嚴峻的市場環(huán)境，國內生產企業(yè)如果在相對較短的時間內不能奮起直追，擴大生產規(guī)模，國內相關行業(yè)不支持，白炭黑行業(yè)將保持國外公司高度壟斷的局面，直接影響有機硅單體和多晶硅行業(yè)的發(fā)展，并會影響到國防工業(yè)和國家安全。
國內外白炭黑公司在開發(fā)和應用氣相法白炭黑技術的同時，十分注重知識產權保護工作，申報了一系列專利發(fā)明專利。國外公司在國內最早申報發(fā)明專利，但國內企業(yè)面對外資的挑戰(zhàn)，并不氣餒，強化了發(fā)明專利申請工作，特別值得一提的是廣州吉必盛公司，該公司是最晚進入白炭黑行業(yè)，但已經申報的與白炭黑有關的發(fā)明和實用新型專利總計有11項，其中已經獲得授權的發(fā)明專利有8項，遠遠超過國內外其他企業(yè)，在知識產權保護方面走在前列。
二、氣相法白炭黑國內市場分析與預測
國內氣相法白炭黑以前主要用于軍工領域，在上世紀90年代開始大量用于民用工業(yè)，如硅橡膠、聚酯、密封膠、涂料、油墨等領域。
關于氣相法白炭黑的國內市場消費量，官方無統(tǒng)計數(shù)據公布，業(yè)內人士看法不一，但基本觀點是一致的，都認可隨著近年來國內有機硅工業(yè)的飛速發(fā)展，氣相法白炭黑的用量在大幅增長(見表2)。
氣相法白炭黑主要應用在室溫硫化硅橡膠(RTV)和熱硫化硅橡膠(HTV)領域，在后者中添加量高達40份，它在硅橡膠領域的使用量大概占了其總產量的60%，因而硅橡膠使用的廣度和深度將直接影響氣相法白炭黑的市場需求。我國硅橡膠的大規(guī)模應用已經起步，有巨大的市場潛力。我國硅橡膠的市場多集中于廣東、江蘇、浙江一帶，目前大約占據了全國市場的85%。
近幾年我國的氣相法白炭黑市場保持高速增長，氣相法白炭黑的凈進口量增長率連續(xù)7年超過20%(見表3);2007年進口量達到12318噸。據不完全統(tǒng)計，目前我國氣相法白炭黑的需求量已超過20000噸/年，年均增長率高達32%(見表4)。
三、多晶硅快速發(fā)展對氣相法白炭黑提供的機遇
隨著傳統(tǒng)非再生能源石油，天然氣，煤等的大量使用帶來的嚴重溫室效應，加上長期過渡開采已經引發(fā)的資源枯竭，全球已經開始擔憂能源安全問題，使得原油的價格在近幾年特別是2007年以翻番的速度上升，所引發(fā)的問題已經超過石油危機年代，圖1列出了近十年來原油期貨價格變化情況，在2007年有幾個交易日突破了100美元/桶，而在2008年已經穩(wěn)定在100美元/桶以上，3月盤中甚至突破了110美元/桶，對世界經濟健康發(fā)展構成嚴重威脅!可再生能源在此種背景下得到了前所未有的重視，其中風能和太陽能利用技術最為成熟，而風能由于受到地理環(huán)境的限制使用面有限，多晶硅光伏太陽能技術則受到發(fā)達國家和主要發(fā)展中國家的高度重視和大力推廣，其中多晶硅又是光伏太陽能產業(yè)的基石。全世界目前主要有14家企業(yè)從事多晶硅材料的開發(fā)生產，行業(yè)由于技術門檻和投資強度大而形成高度集中的局面，雖然有改良西門子法，冶金法、硅烷法等近十種工藝技術生產高純度多晶硅，但改良西門子法占據了絕對主導地位。
國內的多晶硅產業(yè)起步于上世紀六十年代，以峨嵋半導體材料廠為代表，主要為軍工行業(yè)服務，一個企業(yè)的年產量不超過50噸。直到本世紀初，我國開始重視高純度多晶硅材料的大批量生產線的建設，以2002年成立的四川新光硅業(yè)公司為標志，但其建設速度十分緩慢，2007年才開始進入批量生產。而隨著國內光伏產業(yè)的快速發(fā)展和發(fā)達國家由于十分優(yōu)惠的補貼政策的實現(xiàn)，多晶硅光伏產品的需求量呈現(xiàn)幾何級增長的局面，大大刺激了高純度多晶硅的需求，使得其價格在一年內上漲了近十倍，此種不正常的價格上漲導致了國內眾多大型多晶硅項目的上馬，在未來2-3年內國內的多晶硅產能和產量將成幾何級增長的態(tài)勢，我國很快將成為全球多晶硅生產大國。而隨著一批多晶硅大型項目的投產，必然導致多晶硅價格的大幅下降，對降低光伏太陽能終端產品的價格，使得多晶硅光伏太陽能發(fā)電的成本大幅度下降成為可能，反過來又促進多晶硅的進一步發(fā)展，可以說目前已經是多晶硅及其光伏太陽能產業(yè)發(fā)展的黃金時期。
然而，根據改良西門子法的工藝技術路線，在大幅提高多晶硅產能的同時，必然導致其還原反應中的副產物四氯化硅的消化成為行業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前國內多晶硅工藝技術控制水平最好的企業(yè)，每噸多晶硅將產生10噸左右的副產物四氯化硅，控制水平差的甚至達到了20噸，按照已有的在建和擬建項目，2010年我國的多晶硅總產能將突破10kt/a的水平，意味著至少有100kt/a的四氯化硅必須進行消化。四氯化硅作為一種高度危險的化學品，不能用普通的方法進行處理。傳統(tǒng)方法是將四氯化硅提純，然后跟無水乙醇(或甲醇)利用酯化反應，在常溫常壓下制備硅酸乙酯(或硅酸甲酯)，但用量十分有限，而且有些還存在分離等困難，不能完全利用。利用多晶硅工業(yè)副產物四氯化硅為原料生產氣相二氧化硅是一個具有經濟和環(huán)保雙重效益的工藝技術，既解決了束縛多晶硅工業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，降低多晶硅生產成本，達到多晶硅生產節(jié)能減排、潔凈環(huán)保、循環(huán)利用的目的，進一步提高我國多晶硅生產企業(yè)的技術水平和市場競爭力，從而促進我國多晶硅工業(yè)快速健康發(fā)展;又可以給氣相二氧化硅行業(yè)提供大量原料，從而促進我國氣相二氧化硅行業(yè)的發(fā)展，進而推動我國的太陽能及其它高技術和新材料領域的健康發(fā)展。這種資源的整合與循環(huán)利用，促進彼此的發(fā)展，形成一個資源互補，互相利用，共同發(fā)展的產業(yè)鏈，社會效益、經濟效益十分顯著，是目前解決多晶硅工業(yè)瓶頸的最佳途徑。
四、氣相法白炭黑將促進我國有機硅工業(yè)可持續(xù)發(fā)展
隨著石油及天然氣等非再生能源價格彪升，石油基聚合物產品的價格不可避免大幅上漲，對合成材料產業(yè)不能不說是嚴峻挑戰(zhàn)。硅橡膠原材料同石油的關聯(lián)度不大，其性能優(yōu)于多種合成材料，長期以來因為價格太高，人們只將其作為特種合成材料使用。但隨著我國十幾套大型有機硅單體裝置的投產，硅橡膠的基本原材料硅氧烷的價格還將有一定的下降空間，使得硅橡膠的成本還要降低，目前已經比三元乙丙膠價格要低，根據預測將可能還要低過天然橡膠等大宗普通橡膠，其結果是硅橡膠將以普通合成材料的價格取代部分傳統(tǒng)產品，硅橡膠的使用量將比現(xiàn)有水平增加數(shù)倍，這對于有機硅行業(yè)的發(fā)展帶來巨大機遇。硅橡膠由于其基膠的結構決定必須使用補強填料才能具有使用價值，如前所述，氣相法白炭黑是硅橡膠最佳補強填料，由于其價格太昂貴，使得人們尋找到了沉淀法白炭黑等替代產品，但這些替代品的使用使硅橡膠的性能沒有充分發(fā)揮。由于廣泛使用多晶硅副產物四氯化硅作為氣相法白炭黑的主體原材料，氣相法白炭黑的價格已經大幅下降，而且隨著國內氣相法白炭黑生產規(guī)模的進一步擴大，其價格還將有下降的余地，使得硅橡膠在使用氣相法白炭黑作為補強填料發(fā)揮其優(yōu)異性能的同時成本并不增加，對于硅橡膠加工行業(yè)將是重大利好，可以預計形成這樣的局面后硅橡膠的使用量將大大增加，對促進有機硅行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要作用。反過來看，有機硅的發(fā)展同時也將促進氣相法白炭黑的穩(wěn)步發(fā)展。
五、結論與建議
1、國內氣相法白炭黑的消費量年增長率均超過32%，進口量年增長率均超過30%，2010年將超過25kt/a的水平。
2、隨著國外公司在國內生產基地建設和國內企業(yè)的快速發(fā)展和氣相法白炭黑使用量的大幅提升，我國已經成為世界氣相法白炭黑的生產消費大國，很快將發(fā)展成為世界強國。
3、多晶硅行業(yè)的大發(fā)展給氣相法白炭黑行業(yè)帶來巨大機遇，氣相法白炭黑的發(fā)展又將促進多晶硅行業(yè)的健康發(fā)展，兩個行業(yè)將形成資源綜合利用，相互促進的良性發(fā)展模式。
4、氣相法白炭黑的發(fā)展將促進有機硅行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而有機硅行業(yè)的發(fā)展同樣促進氣相法白炭黑行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。
