Незважаючи на те, що в Україні зосереджено близько 10% світових потужностей по виробництву кремнію, країна імпортує практично весь необхідний їй матеріал. Адже раніше Україна виробляла цей продукт у величезній кількості і повністю забезпечувала потреби СРСР (близько 80% основних потужностей в колишньому СРСР по виробництву кремнію були і залишаються в Україну). Можливо, настав час задуматися про реанімацію даній галузі?
Кремній у світі
Кремній з розповсюдження в земній корі займає 2-е місце після кисню. Однак у вільному стані він у природі не зустрічається. Кремній входить до складу різних природних силікатів і алюмосилікатів, серед яких найбільш поширеним вважається кремнезем - численні форми діоксиду кремнію, зокрема, річковий пісок, кварц і т.п.
Технічний кремній виробляють у великих кількостях в електричних печах шляхом відновлення кремнезему вугіллям або коксом. Напівпровідниковий кремній отримують відновленням SiCl4 або SiHCl3 воднем з наступним розкладанням утворюється SiH4 при 400-600 градусах Цельсія. Випуск високочистого кремнію здійснюється за допомогою вирощування монокристала з розплаву напівпровідникового кремнію в спеціальних ростових печах.
Основною особливістю підприємств з виробництва кремнію є їх дуже висока енергоємність (12-18 кВт * год / кг), тому серед провідних світових виробників кремнію довгий час були представлені, в основному, країни з розвиненою енергетикою. Значні при виробництві кремнію і витрати по паливу (коксу).
`Чистий` кремній є сировинний матеріал, насамперед, для двох напрямків - сонячної енергетики і електроніки. При цьому, для виробництва фотоелементних сонячних модулів необхідний кремній найбільш високої якості, так званий монокремній (вміст Si від 99.999 до 99.99999%). Для електроніки допускається трохи нижча якість продукту - напівпровідниковий кремній, який використовується в якості сировини при виробництві радіодеталей і мікросхем. Ринок напівпровідникового кремнію продовжує зростати, тому що на його застосуванні базуються і базуватимуться надалі сучасні інформаційні технології (комп`ютери, електроніка, телекомунікації тощо).
Кремній більш низької якості, технічний, з вмістом Si близько 96-99% застосовується в металургії, де використовується в якості компонентів багатьох сталей та інших сплавів (при виплавці чавуну, сталей, бронз, силуміну та ін.) Крім того, технічний кремній використовується як розкислювача, модіфіктора властивостей металів або легуючого елемента (підвищує механічну міцність і стійкість до корозії, покращує ливарні властивості), як сировина для виробництва більш чистого полікристалічного кремнію, а також як сировина для виробництва кремнійорганічних матеріалів, сіланом.
Світове виробництво металургійного кремнію сьогодні досягає 1 млн. т на рік. Найбільшою країною-виробником на сьогодні є Китай. Двома іншими провідними гравцями цієї галузі виступають норвезький концерн Elkem і французька компанія Invensil, які володіють близько 20 і 5% ринку відповідно.
Виробництво напівпровідникового (полікристалічного) кремнію в світі сягає лише близько 30 тис. т на рік. Лідерство у цій галузі займають США (близько 20 тис. т), за ними йдуть Японія, Німеччина та Італія. Майже дві третини цього кремнію споживається індустрією мікроелектроніки і лише 20% залишається на сонячну енергетику для виробництва фотоелементів. На даному етапі цих обсягів не достатньо. Особливо, враховуючи заплановані в усьому світі програми переходу на чисті джерела енергії, де чимала увага приділяється фотоенергетика. Сьогодні при попиті в 5-6 тис. т на рік покривається лише трохи більше 2 тис. т. Світовим лідером з виробництва кремнію сонячної якості (монокремній) є корпорація SGS AsiMI, створена спільно американської ASiMI і норвезькою групою REC.
Незважаючи на те, що в цілому в світі забезпеченість кремнієвих виробництв сировиною вважається досить високою, наявних потужностей по виробництву кремнію, зокрема полікристалічного, не вистачає. У той же час, попит на нього вкрай високий з боку як напівпровідникової промисловості, так виробників сонячних батарей. Багато експертів вважають сформовану ситуацію критичною, оскільки існуючі постачальники при 100%-ной завантаженості, тим не менш, не в силах задовольнити зростаючі потреби ринку. Особливістю ринку кремнію є те, що можливістю його виробництва мають лише кілька країн у світі, а відповідні технології не продаються.
Українські реалії
В Україну сумарні запаси основної сировини для виробництва кремнію - кварцитів - перевищують 180 млн. т. Їх родовища є в Дніпропетровській, Житомирській, Кіровоградській областях (Овруцьке, Толкачевського, Білокоровицький, Васильківське та Іванівське). При цьому, Овруцьке родовище кварцитів за якістю кристалічних кварцитів й запасам не має аналогів в Європі. Зміст SiO2 становить 98,8%, розвідані запаси - понад 150 млн. т, прогнозні - 500 млн. т.
У 1936 році на базі даного родовища було створено підприємство з видобутку, переробки і збагачення кварциту. Сьогодні це - ВАТ `Овруцький ГЗК` Кварцит `. Підприємство спеціалізується на розробці родовища відкритим способом із застосуванням буропідривних робіт. В даний час тут видобувається та збагачується до 2 млн. т дроблених кварцитів, до 300 тис. т мелених кварцитів і 1 млн. т щебеню на рік.
Сумарні запаси кварцитів-пісковиків в Україну становлять понад 9.5 млн. т. Їх родовища знаходяться у Сумській області (Банічское і Мацковский). Оціночні запаси Мацковский родовища кремнієвого сировини становлять приблизно 100 тис. т багатих кварцсодержащіх руд, продуктивна площа становить понад 7 га. Банічское родовище кварцитів більш велике, його запаси становлять понад 600 тис. т.
За часів СРСР на частку України припадало більше 21% загальносоюзного видобутку кварцового сировини. Сьогодні ж, незважаючи на величезний сировинний потенціал, в Україні практично немає діючих потужностей виробництва кремнію в промислових масштабах.
Виробництво технічного кремнію на `Запорізькому алюмінієвому комбінаті` було зупинено ще в грудні 2008 року через падіння цін і попиту внаслідок економічної кризи. Втім, сьогодні на підприємстві заявляють про відновлення виробництва кремнію з червня поточного року. Планована потужність складе 8 тис. т на рік.
Українське виробництво `чистого` кремнію фактично припинило своє існування набагато раніше - ще в кінці 90-х років. В СРСР Україну представляла собою важливу складову індустрії високочистого кремнію. Його випускали Запорізький титаномагнієвий комбінат (ЗТМК) і Донецький хіміко-металургійний завод (нині - хіміко-металургійна фабрика Маріупольського меткомбінату ім. Ілліча), які забезпечували випуск 85% всього полікремнію в СРСР і 4-5% у світі. У радянський період дані виробництва орієнтувалися на виконання, насамперед, оборонних замовлень. Тому після розпаду СРСР вони зіткнулися з відсутністю ринків збуту. Як наслідок, випуск кремнію був повністю припинений.
Сьогодні профільні потужності з поликремнию збереглися (законсервовані) лише на ХМФ ММК ім. Ілліча. Причиною консервації стала висока собівартість, яка перевищила рентабельність збуту ще на початку 2000-х років. Більше того, в 2002 році зі складу ЗТМК була виведена вся вертикаль виготовлення чистого кремнію, а також кремнієвих епітаксіальних структур, кремнієвих структур з діелектричною ізоляцією (заготовки для інтегральних мікросхем). На базі даних потужностей створено Запорізький завод напівпровідників, сьогодні є першим з потенційних виробників монокристалічного продукту. Вважається, що після модернізації підприємство потенційно може виробляти щорічно до 1000 т полікремнію.
Вирощуванням `сонячного` кремнію в Україну сьогодні займаються всього 2 невеликих компанії - `Піллар` і `Пролог Семікор`. `Піллар` працює з 1991 року і є головним гравцем на українському ринку монокремній з часткою близько 80%. Його потужність по `вирощуванню` кремнію складає близько 815 т на рік. `Пролог Семікор` виробляє в середньому 170 т продукції на рік.
У підсумку, незважаючи на те, що раніше Україна виробляла кремній у величезній кількості, повністю забезпечуючи потреби СРСР і експортуючи його в інші країни, сьогодні кремній залишається в Україну дефіцитним матеріалом. Володіючи практично невичерпними покладами кремнію і повним технологічним ланцюжком його виробництва, Україні поки імпортує його. Але ж у зв`язку із зростанням світового виробництва сонячних елементів попит на надчистого кремнію дуже швидко росте і, за деякими прогнозами, в найближчому майбутньому буде ажіотажним. Піднімаються і ціни на нього.
Перспективи зайняти відкривається ринок, безумовно, привабливі. Тільки от справа, як завжди, за виконанням.
Ольга Фоміна
http://www.rusmet.ru/
ua
ru
