Технология производства поликристаллического кремния на ХМФ
Технология производства поликристаллического кремния на ХМФ основана на "Сименс - процессе". По этому методу смесь хлоридов кремния и водорода подается в реактор, где хлориды кремния восстанавливаются и кремний осаждается на прутках-подложках, разогретых до температуры 1100-1150 °С по реакции:
SiH(CL)3+H2--->Si+3HCL
Исходное сырьё, трихлорсилан (SiНСl3, ТХС), по существующей железнодорожной линии поступает на базисный склад хлоридов. С базисного склада он подается в отделение очистки хлоридов, где подвергается очистке на колоннах ректификации исходного цикла. После этого очищенный ТХС через расходные узлы подается на установки водородного восстановления. Туда же подается тонкоочищенный газообразный водород (Н2) с участка получения водорода.
В реакторе установки водородного восстановления кремний извлекается из 10-15% поступившего трихлорсилана. Часть его (около 50 %) превращается в тетрахлорид кремния (SiСl3, ТК). Водород подается в реактор в 5-6-кратном избытке по отношению к стехиометрии. В реакции участвует всего 5 % поступившего водорода. Из реактора парогазовая смесь, состоящая из водорода, ТХС, ТК и хлористого водорода (НСl) поступает на участок конденсации хлорсиланов или участок регенерации водорода. На участке конденсации хлорсиланов хлориды кремния конденсируются, а водород и хлористый водород поступают на санитарную очистку газов, где последний нейтрализуется известковым раствором ".
На участке регенерации водорода хлориды кремния конденсируются, хлористый водород вымораживается, а водород смешивается с тонкоочищенным водородом, полученным на участке получения водорода, и вновь подается в установки водородного восстановления. Хладоагентами на участках конденсации хлоридов и регенерации водорода являются жидкий азот, поступающий с участка получения азота и фреон-30 . с температурой от -15 до -25°С, поступающий с низкотемпературного холодильного отделения. Сконденсированные хлориды кремния подаются в отделение очистки хлоридов, где они очищаются на колоннах ректификации замкнутого цикла и вновь подаются в установки водородного восстановления кремния. Для охлаждения технологического оборудования имеется система оборотного водоснабжения, включающая в себя две насосные станции и шесть секций градирен, рассчитанных на охлаждение 1000 м3 воды каждая.Для обеспечения производства электроэнергией имеются две подстанции мощностью 80 МВт каждая. Учитывая то, что исходные реагенты и продукты реакции в процессе получения поликристаллического кремния являются газо-, взрыво- и пожароопасными, часть жидкого азота испаряется и газообразный азот используется для продувок технологического оборудования и трубопроводов.
Общая информация
Кремний - основной полупроводниковый материал, применяемый в современной микроэлектронике, силовой электронике, солнечной энергетике, микромеханике. На его основе производится свыше 95% всех полупроводниковых приборов и устройств.В технологической цепи производства кремниевой продукции поликристаллический кремний является сырьём для получения монокристаллического кремния.
Донецкий химико-металлургический завод (с 1999 г. химико-металлургическая фабрика ОАО "ММК им. Ильича") являлся крупнейшим (около 40% от общего объёма выпуска) производителем поликристаллического кремния в бывшем СССР. В производстве этой продукции было задействовано 65% основных фондов предприятия, удельный вес поликремния в товарном выпуске достигал 75%.
В 1993 г. производство было остановлено в связи с развалом внутреннего рынка и низкой конкурентоспособностью поликремния на мировом рынке.
В 1996 г., используя благоприятную ситуацию на мировом рынке, ДХМЗ в кооперации с Запорожским титано-магниевым комбинатом возобновил производство поликремния, осуществляя поставки одному из крупнейших в мире производителей кремниевых пластин - японской фирме Тошиба (Toshiba Ceramics). За это время ДХМЗ совершил значительный рывок в улучшении качества продукции, а также в разработке и частичном внедрении мероприятий, направленных на снижение затрат на производство. Однако, в силу ряда причин, сотрудничество с ЗТМК было прекращено, и в ноябре 1997 г. производство поликремния было остановлено в очередной раз, мощности по выпуску этой продукции законсервированы.
Мировой рынок поликристаллического кремния
В последние годы отмечается значительный темп роста мировой фотоэнергетики. Высокий интерес к альтернативным источникам электроэнергии, в первую очередь, связан с ограниченностью природных запасов традиционных энергоносителей - нефти, газа, угля.
По прогнозам XIX Европейской конференции по солнечной энергетике, состоявшейся 7-11 июня 2004 г. в Париже, до 2010 г. ожидается среднегодовой рост производства фотоэнергетики 31,2% и выход на объём производства 3000 МВт суммарной мощности (в 2004 г. он составил около 850 МВт). К 2040 г. доля "солнечной" электроэнергии в общемировом производстве электроэнергии составит около 26%.
В качестве исходного сырья для производства фотоэлектрических преобразователей используется поликристаллический кремний.
Сегодня мировое производство поликристаллического кремния составляет около 27 тыс. тонн в год. Из них 21 тыс. тонн используется в электронике и 6 тыс. тонн - в фотоэнергетике. Крупнейшими в мире производителями поликристаллического кремния являются корпорации: Хэмлок (Hemlock Semiconductors), США; Asimi, США; Ваккер (Wacker Siltronics), Германия; МЕМС, Италия; Мицубиси (Mitsubishi Materials-Silicon), Япония; Токуяма (Tokujama), Япония; Семитомо (Semitimo Titanium), Япония. Несмотря на то, что мировые производители принимают меры по увеличению производства поликремния для фотоэнергетики, дефицит на этом рынке в ближайшие 2-3 года составит более 6-8 тыс. тонн в год. Следует отметить, что дефицит кремния для фотоэнергетики привёл к росту цены на него в 2 раза (в 2004 г. цена держалась в среднем на отметке 30 долл. США). В июле 2005 г. мировая цена на такой поликремний составляла 60-65 долл. США за 1 кг, но даже по таким ценам предложений по продажам нет в связи с отсутствием свободных ресурсов поликремния.
Таким образом, в настоящее время сложились очень благоприятные внешние условия для возобновления производства поликристаллического кремния на химико-металлургической фабрике.
Восстановление производства поликристаллического кремния на ХМФ ОАО "ММК им. Ильича"
Структура производства поликристаллического кремния
Комплекс по производству поликремния на ХМФ включает:
*участок по производству водорода тонкоочищенного;
*участок по производству азота жидкого;
*химический участок или участок очистки хлоридов;
*участок водородного восстановления;
*установку регенерации водорода "Овод-2";
*участок оборотного водоснабжения;
*базисный склад хлоридов.
Численность работников цеха № 3 ( производство поликристаллического кремния) составляла более 430 человек.
Анимация{8 кадров с общим обьемом 38233 байт}