Горизонты переделов

В Казахстане запускаются проекты по развитию кремниевой индустрии. В случае их успешной реализации страна может стать одним из основных мировых игроков на этом сверхтехнологичном рынке

Горизонты переделов

Программа развития кремниевой промышленности – настоящий бестселлер казахстанского правительства: ее периодически поднимают, рассматривают, дорабатывают, потом снова откладывают. С точки зрения диверсификации проект по созданию собственного производства кремния для республики весьма соблазнителен: это уже не отдельная индустриальная отрасль, а комплексное технологическое развитие элементов добывающего, металлургического, химического, электронного секторов с богатым каскадом добавленных стоимостей. Причем каждый новый передел представляет собой отдельную индустрию и отдельные рынки сбыта со стабильными признаками роста. Кварц, технический кремний, поликристаллический кремний, монокристаллический кремний, кремниевые пластины, солнечные элементы, полупроводники, а там и до электроники недалеко. С каждым переделом цена кремния увеличивается в разы. Однако сейчас Казахстан находится на обочине многомиллиардного рынка кремниевой продукции при колоссальных запасах минерального сырья. По оценкам Министерства индустрии и торговли, разведанные запасы кварца составляют 65 млн тонн, кварцитов 267 млн тонн.

Дальше первого не можем

АО «Казхром» – единственное предприятие в Казахстане, экспортирующее кремний первого передела, так называемый ферросилиций, сплав железа с кремнием. Объем экспорта предприятия составляет порядка 83 тыс. тонн в год, что обеспечивает республике 9-е место среди мировых производителей ферросилиция с долей в 2% на мировом рынке. Большая часть применения кремния в мире (почти 80%) остается традиционной – это лигатура при производстве гаммы специальных сталей (электротехнических, жаростойких) и различных сплавов (силумины и т.д.). Значительная часть кремния и его сплавов применяется в черной металлургии как весьма эффективный раскислитель сталей.

Мировое производство ферросилиция является стабильным и составляет около 4 мегатонн в год, общий рынок оценивается в 2,5 млрд долларов при средней цене за тонну в 620 долларов. На этом участие Казахстана в кремниевой индустрии и ограничивается. У нас нет ни одного металлургического комбината, способного получать технический кремний с чистотой 98% и выше.

Технический кремний используется в основном в алюминиевой и химической отраслях. Около 54% производимого в мире технического кремния направляется на изготовление алюминиево-силиконовых сплавов. Для получения последующих переделов кремния, поликристаллического и монокристаллического, используют чистые сорта кремния, где примеси не превышают полутора процентов. Основной особенностью этих производств является крайне высокая энергоемкость, поэтому среди ведущих мировых производителей кремния представлены страны с развитой энергетикой. Технический кремний традиционно производится карботермическим способом в открытых электродуговых печах при взаимодействии кварцитов с углем и древесной щепой. Средняя мощность печи для кремния составляет 24 МВт, что позволяет выпускать до 10 тыс. тонн продукции в год.

Получать собственно технический кремний на имеющихся производственных мощностях Казахстан не может. Используемые на металлургических предприятиях электродуговые печи содержат высокий процент примесей металлов, что даже при использовании самого чистого сырья приводит к получению продукта низкого качества с повышенным содержанием нежелательных примесей.

Дуэт промышленников

Впрочем, казахстанские бизнесмены разработали несколько проектов, реализация которых позволит стране выйти на рынок динамично развивающегося технического кремния. Если в 1999 году он составлял 974 тыс. тонн, то в 2003-м – уже 1,063 млн тонн. По прогнозам аналитиков, к 2008 году потребление технического кремния вырастет до 1,4 млн тонн. Основными экспортерами этого сырья являются Бразилия, Китай, США и Норвегия, занимающие совокупно более 75% мирового рынка. Его объем оценивается в 1,5 млрд долларов, при средней цене в 1300 долларов за тонну.

У Казахстана хорошие перспективы для вхождения на этот рынок. Во-первых, наличие качественного сырья в пяти регионах. Оценочные запасы ресурсов кварцевого сырья Западного Казахстана составляют 15 млн тонн, Центрального – 35 млн тонн, Южного – 40 млн тонн, Восточного и Западного – по 5 млн тонн. По чистоте кварца и его запасам Казахстан уступает лишь Бразилии и Мадагаскару. Второй фактор – наличие сравнительно дешевой электроэнергии. В-третьих, индустриально-развитые страны постепенно переносят производственные мощности по техническому кремнию в страны с более мягкими требованиями к экологии и сравнительно дешевыми энергоресурсами. По мнению специалистов, спрос на технический кремний в ближайшее десятилетие будет увеличиваться в среднем на 5–10% ежегодно.

Корпорация TSC Group объявила, что в III квартале этого года намерена приступить к выпуску металлургического кремния и силиката кремния, для чего и создала ТОО «Кварц». В городе Уштобе (Алматинская область) заканчивается строительство металлургического комбината на территории бывшего ремонтно-механического завода, от которого сохранились корпуса цехов и подъездные железнодорожные пути. Первый этап проекта – разработка Сарыкольского месторождения высококачественного кварца – реализован. По словам директора «Кварца» Малика Толепбаева, рудник полностью подготовлен к добыче исходного сырья. Г-н Толепбаев также уточнил, что помогать налаживать производство кремния будут специалисты китайской государственной корпорации Sinosi. В частности, китайцы спроектировали меткомбинат мощностью 10 тыс. тонн технического кремния в год и готовы поставить для его оснащения соответствующее оборудование.

На осуществление первых двух этапов проекта, освоение месторождения и строительство комбината корпорация TSC Group выделила 25 млн долларов. К 2010 году компания собирается выпускать поликристаллический и монокристаллический кремний.

Компания «Баско» заключила контракт с немецкой фирмой на поставку 30 тыс. тонн в год металлического кремния для применения в металлургической промышленности. По словам вице-президента компании Вячеслава Костюченко, первые поставки запланированы на 2009 год. «Баско» разрабатывает месторождение Актас в Карагандинской области, его запасы составляют 6,7 млн тонн кварца. Здесь уже построена обогатительная фабрика по производству кварцевого концентрата. На этом этапе компания инвестировала 2 млн долларов. Реализация следующего этапа, производство технического кремния, намечена на конец 2008 года. Строительство завода по производству металлического кремния займет 4–5 лет при инвестициях примерно в 100 млн долларов.

Путь к последнему переделу          

Барьер вхождения на рынок следующего передела на порядок выше. Индустрия поли- и монокристаллического кремния – это технологические сложности и капитальные вложения в строительство производственных активов. Средняя стоимость завода, производящего 1000 тонн продукции в год, составляет около 140 млн долларов.

Примерно 5% от производства технического кремния идет на поликристаллический передел, из которого в дальнейшем получают фотоэлементы и полупроводники. После второго передела цена высокочистого кремния с содержанием примесей 1 атом на миллион повышается на порядок: если цена технического кремния колеблется в районе 1,5 доллара за килограмм, то поликристаллический кремний той же массы уже оценивается в 25–40 долларов. Очистка кремния до 99,99 и далее идет через сложные наукоемкие технологии, что резко сужает число производителей. В основном на рынке представлены четыре страны, производящие сверхчистый кремний для электроники и фотовольтаики, – Япония, США, Германия и Италия, занимающие 90% мирового рынка поликристаллического кремния, который оценивается в десятки миллиардов долларов.

Сейчас Казахстан находится на обочине многомиллиардного рынка кремниевой продукции при колоссальных запасах минерального сырья

Основным методом производства поликристаллического кремния является технология, разработанная специалистами Simens и основанная на очищении технического кремния. Его переводят в газообразное состояние, превращая в экологически вредные соединения хлора: дихлорсилан или трихлорсилан. После очистки последних в больших ректификационных колоннах и процессов осаждения получается поликремний, где концентрация примесей не превышает десятитысячной доли процента. Далее его переплавляют в монокристаллы. Примерно 80% этой продукции уходит на изготовление полупроводников для электроники и лишь оставшиеся 20% осваиваются фотовольтаикой, где требования к чистоте кремния немного ниже. Причем в гелиоэнергетике спрос на кремний значительно превышает предложения.

Производство сверхчистого кремния в Казахстане связывали прежде всего с киргизским заводом «Кристалл» в Таш-Кумыре Джалал-Абадской области, который начали строить на закате СССР, а закончили строительство уже в независимой республике. Производственная мощность завода оценивается в 16 тыс. тонн трихлорсилана и 660 тонн поликристаллического кремния в год.

В 2003 году появился крупный проект по созданию совместного предприятия «Казахстан-Кристалл». Идея заключалась в том, чтобы казахстанские компании выкупили завод и поставляли технический кремний уже казахстанского производства. По задумкам правительства, такое СП ускорило бы организацию полного цикла производства, так как отпадала необходимость строительства в Казахстане дорогостоящих заводов по глубокой переработке кремния. В плюсах совместного проекта – наличие квалифицированных специалистов, доступность дешевых энергоресурсов – в полутора километрах от завода Шамалдысайская ГЭС (стоимость электроэнергии 0,2 цента за киловатт, это примерно в два раза ниже, чем предложения отечественных энергокомплексов). И главное, правительство Киргизии отдавало завод при определенных условиях за 50 млн долларов, это в 2,5 раза дешевле, чем строить аналогичное производство.

Но проект не пошел. Сыграла роль политическая обстановка и достаточно устаревшие технологии. К примеру, на килограмм продукции «Кристалла» требуется 360 кВт/ч, на современных же заводах этот показатель колеблется от 250 до 300 кВт/ч.

Альтернативный путь

Но выйти на сверхтехнологичный рынок Казахстан может и за счет своих технологий. В Физико-техническом институте в апреле запускают пилотную линию по производству поликристаллического кремния, которая весьма отличается от традиционной. Она исключает трихлорсилановый цикл, в качестве исходного сырья использует не технический кремний, а кварц или отходы фосфорной промышленности. «Мы разработали силановый метод производства кремния, – объясняет директор института Булат Мукашев. – В камеру загружается специальная шихта, сплав, изготовленный из кварца или отходов фосфорной промышленности, где высокое содержание кремния. В этом сплаве наше ноу-хау: в нем присутствуют окиси силицидов, которые при комнатной температуре при обычном давлении образуют газ силан SiH4 – это соединение кремния с водородом. Он очищается, а потом нагревается до 900–950°С. В результате кремний осаждается на специальных стержнях, а водород полностью отделяется. Таким образом, себестоимость производства кремния сокращается в несколько раз. По нашим оценкам, коммерческая стоимость поликристаллического кремния, полученного подобным способом, будет в 2– 2,5 раза ниже мировых цен».

Технологическая линия изготовлена на российском заводе «Изотерм» в Брянске, конструкторскую документацию разрабатывал московский институт «ГИРЕДМЕТ» на основе казахстанских разработок. Производительность полупромышленной установки 2 тонны поликристаллического кремния в год. Чистота кремния четыре девятки, что вполне соответствует требованиям фотоэнергетики. Немаловажно и то, что при использовании этой технологии в десять раз снижаются затраты электроэнергии на килограмм продукции. После обкатки оборудования Казахстан может стать владельцем одной из самых простых и эффективных кремниевых технологий, которая может вывести его в лидеры по производству солнечных элементов.

Сдерживающим фактором гелиоэнергетики является дефицит фотоэлементов, они производятся в основном из остатков от производства пластин электронного кремния. Цена кремниевого скраба электронной промышленности достаточно высока, порядка 20–25 долларов за килограмм. В настоящее время спрос достигает 5–6 тыс. тонн в год при предложении 2,3 тыс. тонн, поэтому дефицит покрывается использованием кремния не солнечного, а более высокого полупроводникового качества. Если солнечный кремний удастся удешевить в два раза, гелиоэнергетика станет реальной альтернативой классической энергетике. Спрос на дешевый поликристаллический кремний возрастет на порядок и будет исчисляться сотнями тонн. И в этой нише мы можем стать основными производителями.

Статьи по теме:
Казахстан

От практики к теории

Состоялась презентация книги «Общая теория управления», первого отечественного опыта построения теории менеджмента

Тема недели

Из огня да в колею

Итоги и ключевые тренды 1991–2016‑го, которые будут влиять на Казахстан в 2017–2041‑м

Казахстан

Не победить, а минимизировать

В Казахстане бизнес-сообщество призывают активнее включиться в борьбу с коррупцией, но начать эту борьбу предлагают с самих себя

Международный бизнес

Интернет больших вещей

Освоение IoT в промышленности позволит компаниям совершить рывок в производительности