原材料本地化 新工藝路線(xiàn)：光纖預制棒產(chǎn)業(yè)突破口

    隨著(zhù)30年光產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，我國光纖預制棒產(chǎn)業(yè)取得了較大發(fā)展，但是，在生產(chǎn)效率、原創(chuàng )技術(shù)、制造成本等方面與國際領(lǐng)先水平還有很大差距。為此，我們約請業(yè)內專(zhuān)家及企業(yè)代表從行業(yè)的角度審視國內光纖預制棒產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀，存在的瓶頸，并給出企業(yè)突破瓶頸的辦法，以期推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

    如果不考慮人民幣升值因素，光纖預制棒未來(lái)價(jià)格走勢取決于國內廠(chǎng)商是否能成功掌握低成本的預制棒生產(chǎn)技術(shù)，這一點(diǎn)也給我們指出了光纖預制棒產(chǎn)業(yè)的突破方向。

    原材料本地化是降低生產(chǎn)成本主要因素

    目前，幾乎所有用外部氣相沉積工藝(OVD)、氣相軸向沉積工藝(VAD)制造光纖芯棒的生產(chǎn)廠(chǎng)家都用了SOOT（套管）外包層技術(shù)(如江蘇法爾勝、杭州富通)。由于SOOT外包層技術(shù)和設備已經(jīng)有商品，許多用化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）制造芯棒的廠(chǎng)家也紛紛用SOOT代替了套管。長(cháng)飛用微波等離子體化學(xué)氣相沉積工藝(PCVD)/大套管真空拉絲(RodInCylinder，RIC)，套筒(Cylinder)也是SOOT外包層技術(shù)生產(chǎn)的。即氣態(tài)鹵化物(SiCl4等)通過(guò)氫氧焰或甲烷焰進(jìn)行反應，生成大量的“粉末”，隨著(zhù)棒體沿著(zhù)燃燒器的來(lái)回運動(dòng)，而逐漸一層一層沉積在芯棒的外表面。SiCl4是外包層技術(shù)生產(chǎn)中的主要原材料，占制造光纖預制棒成本的30%左右，其次是H2(氫氣)，O2(氧氣)和可以循環(huán)使用的HCl(氯化氫氣)，Cl2(氯氣)反應鏈。

    光纖用高純四氯化硅特性(SiCl4)在常溫、常壓下呈無(wú)色透明液體，具有極佳的流動(dòng)性。目前，通常使用改良的西門(mén)子法技術(shù)生產(chǎn)，將三氯氫硅(SiHCl3)生產(chǎn)為多晶硅，生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物SiCl4經(jīng)過(guò)二級精餾和全循環(huán)“充裝管閥系統”提純?yōu)楣饫w用的高純SiCl4。

    隨著(zhù)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)和集成電路的迅猛發(fā)展，多晶硅在我國發(fā)展很快，截至2008年3月全國共有16個(gè)省市自治區投資33個(gè)多晶硅建設項目，按這些項目計劃產(chǎn)能統計，如果全部建成投產(chǎn)后，其產(chǎn)量為14.6萬(wàn)噸，筆者認為其中只有極少數項目已經(jīng)投產(chǎn)，如果我們取其10%計算的話(huà)，幾年后，實(shí)現1.5萬(wàn)噸多晶硅產(chǎn)量是可行的。根據生產(chǎn)數據顯示，生產(chǎn)1公斤多晶硅可產(chǎn)出8公斤四氯化硅(SiCl4)那么，每年有12萬(wàn)噸四氯化硅。當然其中一部分四氯化硅在高溫，氫氣氣氛下能(銅催化)把四價(jià)硅還原為三價(jià)硅—三氯氫硅，那么，每年有數萬(wàn)噸以上四氯化硅可作為光纖生產(chǎn)用，這種粗料SiCl4經(jīng)過(guò)二級精餾嚴格提純，以除去有害的過(guò)渡金屬離子、含氫化合物和碳氫化合物等有害雜質(zhì)。

    還有一個(gè)值得借鑒的方法，德國德固薩公司是世界上專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)SiCl4產(chǎn)品的企業(yè)，光纖和半導體用四氯化硅產(chǎn)品的年生產(chǎn)能力達到15萬(wàn)噸。他們的工藝是利用在生產(chǎn)氣相白炭黑過(guò)程中產(chǎn)生的氯化氫氣體與硅粉反應，通過(guò)反應溫度的控制生成85%SiCl4，15%的SiHCl3。生成的SiCl4一部分用于生產(chǎn)氣相白炭黑，另一部分經(jīng)提純后用于生產(chǎn)石英玻璃和作為光纖預制棒原料。生成的SiHCl3用于生產(chǎn)有機硅。生產(chǎn)氣相白炭黑和有機硅過(guò)程產(chǎn)生的HCl氣體又回到與硅粉反應的工序中，形成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的閉路循環(huán)，既降低了生產(chǎn)成本又保護了生產(chǎn)環(huán)境。

    目前，我國主要有兩三家企業(yè)在進(jìn)口德國德固薩公司產(chǎn)品，數量在1000噸左右，隨著(zhù)光纖市場(chǎng)的快速增長(cháng)，以去年進(jìn)口970噸預制棒計算的話(huà)，如果采用德國的Heraeus公司的技術(shù)生產(chǎn)石英圓筒，采用長(cháng)飛RIC的規?；a(chǎn)，估計需要15000噸—18000噸四氯化硅，大約耗費幾千萬(wàn)美元以上。這里應說(shuō)明一下：使用VAD或OVD工藝制造預制棒外包層，其SiCl4耗量大約要少10%以上。如果高純SiCl4全部本地化后并爭取幾年后是進(jìn)口價(jià)格的30%—50%，至少降低了安全儲運和灌裝租用的費用，作者認為是可行的。

    氦氣回收和再利用亦很關(guān)鍵

    氦氣在光纖制造工藝中被廣泛應用：在光纖預制棒沉積工藝中作為載氣，在預制棒脫水燒積工藝中用氦氣清除多孔體中的殘留雜質(zhì)(去氫)；在光纖高速拉絲工藝中作熱轉移氣體等。由于氦氣在自然界中是稀有氣體，價(jià)格很高，最近幾年來(lái)又上漲了兩倍多，占制造光纖預制棒成本的25%以上。氦氣和高純SiCl4是預制棒成本的55%-60%。因此，想方設法通過(guò)氦氣的回收，再生系統的處理，重新投入使用，這可大大提高氦氣利用率，是降低預制棒成本。

    精彩觀(guān)點(diǎn)

    開(kāi)發(fā)新工藝新設備 促進(jìn)光棒產(chǎn)業(yè)發(fā)展

    朱君灝

    目前我國的光纖需求量?jì)H次于美國，今后將是世界上需求最大的市場(chǎng)，這為我國光纖及預制棒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的空間。同時(shí)，我們也看到，全世界光纖廠(chǎng)家的目光都注視著(zhù)中國市場(chǎng)，圍繞爭奪我國市場(chǎng)的競爭是不可避免的?？紤]到當前以及未來(lái)的市場(chǎng)競爭，今后我國預制棒的發(fā)展特別要注意以下幾方面：

    第一，開(kāi)發(fā)節能降耗的預制棒新工藝、新設備。

    美國有關(guān)專(zhuān)家研究了預制棒工藝中的原材料和能源消耗問(wèn)題后指出：當前的光纖預制棒工藝設計方面存在很多不理想的地方，諸如非連續操作，工時(shí)和原材料都有浪費，預制棒的棒頭棒尾也都很浪費等。

    開(kāi)發(fā)高生產(chǎn)效率、低成本的預制棒技術(shù)，開(kāi)發(fā)多組多燈頭大長(cháng)度SOOT沉積設備系統，發(fā)展大直徑(150毫米—200毫米)或大長(cháng)度(大于2000毫米—棒棒相接法)光纖預制棒(可拉光纖2000公里—5000公里)技術(shù)已成為降低成本的有效方法，這種大預制棒可以減少多根預制棒的頭尾損耗，減少工藝運輸和安裝等非必要生產(chǎn)工時(shí)，增加連續生產(chǎn)時(shí)間，提高原材料利用率。這里應特別指出，應根據國情和企業(yè)現況發(fā)展，找出合理的高生產(chǎn)效率、低成本的預制棒生產(chǎn)技術(shù)工藝路線(xiàn)。

    第二，增強環(huán)保意識，循環(huán)利用資源，強調可持續發(fā)展。

    在國家支持和企業(yè)合作的基礎上，在發(fā)揮我國專(zhuān)利技術(shù)RIC條件下，為了最大限度降低預制棒成本，建立一個(gè)合成石英玻璃工廠(chǎng)，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)為光纖預制棒用的合成石英玻璃筒(管)，類(lèi)似于HERAEUS公司在德國東部萊比錫建立的合成石英玻璃廠(chǎng)。它是利用食鹽作為原料，電解氯、堿生產(chǎn)燒堿產(chǎn)生的副產(chǎn)品HCl與Si硅合成SiCl4，并與另一副產(chǎn)品H2+O2合成石英玻璃，再將其尾氣HCl與NaOH（氫氧化鈉）中和，合成食鹽，形成無(wú)廢棄物排放的綜合利用之典范，既節約了資源、能源，降低了生產(chǎn)成本，又達到環(huán)保的目的。此種工藝符合可持續發(fā)展的原則，根據作者的調查和經(jīng)驗認為：實(shí)施這個(gè)項目的可行性很大，在資源、技術(shù)和人才等方面已經(jīng)基本具備條件。

    第三，國家支持，企業(yè)合作，再接再厲。

    近幾年我國在預制棒領(lǐng)域取得了一些進(jìn)步，但是，在生產(chǎn)效率、原創(chuàng )技術(shù)、制造成本等方面與國際領(lǐng)先水平還有很大差距，自主知識產(chǎn)權的技術(shù)有待進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)，預制棒設備、上游原材料還是薄弱環(huán)節，市場(chǎng)競爭力也很脆弱。希望國家有關(guān)部門(mén)繼續支持我國預制棒、光纖、原材料及相關(guān)技術(shù)/設備的研究攻關(guān)，立足“中國制造，中國創(chuàng )造”的精神，建立中國光纖預制棒產(chǎn)業(yè)，進(jìn)一步提升自主創(chuàng )新技術(shù)，為光纖產(chǎn)業(yè)的做大做強提供必要的資金和政策支持。我們相信，隨著(zhù)光纖到戶(hù)在全球范圍的大發(fā)展，長(cháng)途干線(xiàn)市場(chǎng)也必將很快復蘇，光纖年需求量將有大幅度增長(cháng)，光纖及預制棒產(chǎn)業(yè)大有可為。

    相關(guān)鏈接

    我國光纖預制棒產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀

    “十五”期間，國家大力支持光纖預制棒產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展，各企業(yè)在引進(jìn)的基礎上消化吸收、創(chuàng )新發(fā)展，形成了各具特色的“兩步法”預制棒工藝。如法爾勝開(kāi)發(fā)了MCVD+OVD和OVD+OVD技術(shù)及設備，并基本實(shí)現了產(chǎn)業(yè)化；富通開(kāi)發(fā)了全合成外沉積(VAD+OVD)技術(shù)及設備，并實(shí)現了VAD芯棒產(chǎn)業(yè)化；長(cháng)飛開(kāi)發(fā)了PCVD+RIC技術(shù)及設備，實(shí)現PCVD芯棒產(chǎn)業(yè)化和RIC的規?；a(chǎn)能。

    目前我國的預制棒產(chǎn)能約相當于2000萬(wàn)公里單模光纖。但是，我國仍然大量進(jìn)口光纖預制棒，據海關(guān)統計數據：我國2007年進(jìn)口已經(jīng)達到970多噸，而全年預制棒總需求量1200噸左右，進(jìn)口比例達到80%，創(chuàng )歷史新高。這樣，長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口的不利局面非但沒(méi)有改變，反而創(chuàng )歷史新高。1995年—2007年期間，我國國產(chǎn)光棒的份額一直徘徊在10%—25%/年水平線(xiàn)上。

    我們在預制棒兩步法工藝制棒技術(shù)的發(fā)展中偏重了第一步——— 芯棒，它決定預制棒的質(zhì)量，它具有技術(shù)含量高，難度大，掌握周期長(cháng)的特點(diǎn)。而第二步—外包層技術(shù)，是決定預制棒成本的要素，技術(shù)單一，大規模低成本生產(chǎn)是它的特征。因此，要用芯棒制造技術(shù)加上外包層技術(shù)才能全面說(shuō)明當前光纖預制棒制造工藝的技術(shù)和經(jīng)濟特征。

    現以PCVD+套管(RIT/RIC)預制棒技術(shù)為例，從工藝上看，PCVD/RIC技術(shù)，比較優(yōu)越和簡(jiǎn)單，省下了兩步法工藝中的生產(chǎn)外套管(筒)的投資，但是，高純度沉積用石英管和全合成石英套管(筒)需要外購或進(jìn)口，成本比較高。造成了制棒不如買(mǎi)棒的局面。

    光纖預制棒未來(lái)價(jià)格走勢取決于國內廠(chǎng)商是否能成功掌握低成本的預制棒生產(chǎn)技術(shù)，這一點(diǎn)，給我們指出了光纖預制棒產(chǎn)業(yè)的突破方向。