/Rusmet.ru, Ольга Фомина/ Несмотря на то, что в Украине сосредоточено около 10% мировых мощностей по производству кремния, страна импортирует практически весь необходимый ей материал. А ведь ранее Украина производила этот продукт в огромном количестве и полностью обеспечивала потребности СССР (около 80% основных мощностей в бывшем СССР по производству кремния были и остаются в Украине). Возможно, настало время задуматься о реанимации данной отрасли?
Кремний в мире
Кремний по распространению в земной коре занимает 2-е место после кислорода. Однако в свободном состоянии он в природе не встречается. Кремний входит в состав различных природных силикатов и алюмосиликатов, среди которых наиболее распространенным считается кремнезем – многочисленные формы диоксида кремния, в частности, речной песок, кварц и т.п.
Технический кремний производят в больших количествах в электрических печах путем восстановления кремнезема углем или коксом. Полупроводниковый кремний получают восстановлением SiCl4 или SiHCl3 водородом с последующим разложением образующегося SiH4 при 400-600 градусах Цельсия. Выпуск высокочистого кремния осуществляется посредством выращивания монокристалла из расплава полупроводникового кремния в специальных ростовых печах.
Основной особенностью предприятий по производству кремния является их очень высокая энергоемкость (12-18 кВт*час/кг), поэтому среди ведущих мировых производителей кремния долгое время были представлены, в основном, страны с развитой энергетикой. Значительны при производстве кремния и затраты по топливу (коксу).
«Чистый» кремний представляет собой сырьевой материал, прежде всего, для двух направлений – солнечной энергетики и электроники. При этом, для производства фотоэлементных солнечных модулей необходим кремний наиболее высокого качества, так называемый монокремний (содержание Si от 99.999 до 99.99999%). Для электроники допускается чуть более низкое качество продукта – полупроводниковый кремний, используемый в качестве сырья при производстве радиодеталей и микросхем. Рынок полупроводникового кремния продолжает расти, так как на его применении базируются и будут базироваться в дальнейшем современные информационные технологии (компьютеры, электроника, телекоммуникации и т.д.).
Кремний более низкого качества, технический, с содержанием Si порядка 96-99% применяется в металлургии, где используется в качестве компонентов многих сталей и других сплавов (при выплавке чугуна, сталей, бронз, силумина и др.). Кроме того, технический кремний используется в качестве раскислителя, модификтора свойств металлов или легирующего элемента (повышает механическую прочность и устойчивость к коррозии, улучшает литейные свойства), как сырье для производства более чистого поликристаллического кремния, а также как сырье для производства кремнийорганических материалов, силанов.
Мировое производство металлургического кремния сегодня достигает 1 млн. т в год. Самой крупной страной-производителем на сегодня является Китай. Двумя другими ведущими игроками этой отрасли выступают норвежский концерн Elkem и французская компания Invensil, которые владеют около 20 и 5% рынка соответственно.
Производство полупроводникового (поликристаллического) кремния в мире достигает лишь около 30 тыс. т в год. Лидирующее положение в данной отрасли занимают США (около 20 тыс. т), за ними идут Япония, Германия и Италия. Почти две трети этого кремния потребляется индустрией микроэлектроники и только 20% остается на солнечную энергетику для производства фотоэлементов. На данном этапе этих объемов не достаточно. Особенно, учитывая запланированные во всем мире программы перехода на чистые источники энергии, где немалое внимание уделяется фотоэнергетике. Сегодня при спросе в 5-6 тыс. т в год покрывается лишь чуть более 2 тыс. т. Мировым лидером по производству кремния солнечного качества (монокремния) является корпорация SGS AsiMI, созданная совместно американской ASiMI и норвежской группой REC.
Несмотря на то, что в целом в мире обеспеченность кремниевых производств сырьем считается достаточно высокой, имеющихся мощностей по производству кремния, в частности поликристаллического, не хватает. В то же время, спрос на него крайне высок со стороны как полупроводниковой промышленности, так производителей солнечных батарей. Многие эксперты считают сложившуюся ситуацию критической, поскольку существующие поставщики при 100%-ной загруженности, тем не менее, не в силах удовлетворить растущие потребности рынка. Особенностью рынка кремния является то, что возможностью его производства обладают лишь несколько стран в мире, а соответствующие технологии не продаются.
Украинские реалии
В Украине суммарные запасы основного сырья для производства кремния – кварцитов – превышают 180 млн. т. Их месторождения есть в Днепропетровской, Житомирской, Кировоградской областях (Овручское, Толкачевское, Белокоровицкое, Васильковское и Ивановское). При этом, Овручское месторождение кварцитов по качеству кристаллических кварцитов и запасам не имеет аналогов в Европе. Содержание SiO2 составляет 98,8%, разведанные запасы – более 150 млн. т, прогнозные – 500 млн. т.
В 1936 году на базе данного месторождения было создано предприятие по добыче, переработке и обогащению кварцита. Сегодня это – ОАО «Овручский ГОК «Кварцит». Предприятие специализируется на разработке месторождения открытым способом с применением буровзрывных работ. В настоящее время здесь добывается и обогащается до 2 млн. т дробленых кварцитов, до 300 тыс. т молотых кварцитов и 1 млн. т щебня в год.
Суммарные запасы кварцитов-песчаников в Украине составляют более 9.5 млн. т. Их месторождения находятся в Сумской области (Баничское и Мацковское). Оценочные запасы Мацковского месторождения кремниевого сырья составляют примерно 100 тыс. т богатых кварцсодержащих руд, продуктивная площадь составляет более
Во времена СССР на долю Украины приходилось более 21% общесоюзной добычи кварцевого сырья. Сегодня же, несмотря на огромный сырьевой потенциал, в Украине практически нет действующих мощностей производства кремния в промышленных масштабах.
Производство технического кремния на «Запорожском алюминиевом комбинате» было остановлено еще в декабре 2008 года из-за падения цен и спроса вследствие экономического кризиса. Впрочем, сегодня на предприятии заявляют о возобновлении производства кремния с июня текущего года. Планируемая мощность составит 8 тыс. т в год.
Украинское производство «чистого» кремния фактически прекратило свое существование намного раньше – еще в конце 90-х годов. В СССР Украина представляла собой важную составляющую индустрии высокочистого кремния. Его выпускали Запорожский титаномагниевый комбинат (ЗТМК) и Донецкий химико-металлургический завод (ныне – химико-металлургическая фабрика Мариупольского меткомбината им. Ильича), обеспечивавшие выпуск 85% всего поликремния в СССР и 4-5% в мире. В советский период данные производства ориентировались на выполнение, прежде всего, оборонных заказов. Поэтому после распада СССР они столкнулись с отсутствием рынков сбыта. Как следствие, выпуск кремния был полностью прекращен.
Сегодня профильные мощности по поликремнию сохранились (законсервированы) лишь на ХМФ ММК им. Ильича. Причиной консервации стала высокая себестоимость, которая превысила рентабельность сбыта еще в начале 2000-х годов. Более того, в 2002 году из состава ЗТМК была выведена вся вертикаль изготовления чистого кремния, а также кремниевых эпитаксиальных структур, кремниевых структур с диэлектрической изоляцией (заготовки для интегральных микросхем). На базе данных мощностей создан Запорожский завод полупроводников, сегодня являющийся первым из потенциальных производителей монокристаллического продукта. Считается, что после модернизации предприятие потенциально может производить ежегодно до 1000 т поликремния.
Выращиванием «солнечного» кремния в Украине сегодня занимаются всего 2 небольших компании – «Пиллар» и «Пролог Семикор». «Пиллар» работает с 1991 года и является главным игроком на украинском рынке монокремния с долей около 80%. Его мощность по «выращиванию» кремния составляет около 815 т в год. «Пролог Семикор» производит в среднем 170 т продукции в год.
В итоге, несмотря на то, что ранее Украина производила кремний в огромном количестве, полностью обеспечивая потребности СССР и экспортируя его в другие страны, сегодня кремний остается в Украине дефицитным материалом. Обладая практически неисчерпаемыми залежами кремния и полной технологической цепочкой его производства, Украина пока импортирует его. А ведь в связи с ростом мирового производства солнечных элементов спрос на сверхчистый кремний очень быстро растет и, по некоторым прогнозам, в ближайшем будущем будет ажиотажным. Поднимаются и цены на него.
Перспективы занять открывающийся рынок, безусловно, привлекательны. Только вот дело, как всегда, за исполнением.