王躍林吳利民(廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司，廣州510450)

氣相法白炭黑是硅的鹵化物(主要是四氯化硅和甲基三氯硅烷)在氫氧火焰中高溫水解生成的納米級白色粉末，學(xué)名叫氣相二氧化硅或氣溶膠二氧化硅，是重要的補(bǔ)強(qiáng)填料和多功能的添加劑，廣泛應(yīng)用于硅橡膠、橡膠、塑料、涂料、油墨、醫(yī)藥、造紙、食品、化妝品、化學(xué)機(jī)械拋光等行業(yè)，可起到補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、消光等作用，它是一種在世界范圍內(nèi)真正工業(yè)化的納米材料。

一、氣相法白炭黑的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

氣相法白炭黑在國外已有60多年的生產(chǎn)歷史。美、德、日等國經(jīng)過多年的開發(fā)與研究，已大量生產(chǎn)和銷售氣相法白炭黑。2005年國外氣相法白炭黑總生產(chǎn)能力為21萬噸/年左右。隨著我國及亞洲經(jīng)濟(jì)的快速增長，出現(xiàn)了巨大市場需求空間，低生產(chǎn)成本的吸引力以及發(fā)達(dá)國家的環(huán)保壓力使國外氣相法白炭黑生產(chǎn)廠家開始向亞洲轉(zhuǎn)移。2005年德國德固賽公司于泰國建成了3000t/a的氣相法白炭黑生產(chǎn)裝置，主要是為原通用電氣-信越有機(jī)硅項(xiàng)目配套。面對中國氣相法白炭黑市場巨大的發(fā)展?jié)摿?，國外氣相法白炭黑生產(chǎn)廠家不僅將大量的產(chǎn)品出口到我國市場，同時(shí)開始在我國建設(shè)大型生產(chǎn)裝置，并考慮增加了在中國的投資，以強(qiáng)化和擴(kuò)大在中國的業(yè)務(wù)。美國卡博特公司和中國藍(lán)星(集團(tuán))總公司簽訂協(xié)議，雙方投資約3000萬美元建設(shè)中國最大世界一流的氣相二氧化硅生產(chǎn)廠——卡博特藍(lán)星(江西)化工有限公司，總體規(guī)模4600噸/年，已于2006年投產(chǎn)。美國道康寧公司與德國瓦克化學(xué)股份有限公司宣布計(jì)劃在亞洲地區(qū)成立合營公司，生產(chǎn)有機(jī)硅原材料及氣相法白炭黑，該計(jì)劃必定成為亞洲地區(qū)領(lǐng)先的有機(jī)硅中間體原材料及白炭黑綜合實(shí)施生產(chǎn)項(xiàng)目。氣相法白炭黑生產(chǎn)規(guī)模5000噸/年，該項(xiàng)目已經(jīng)完成建設(shè)，計(jì)劃于2008年試生產(chǎn)。日本德山公司投資4990萬美元在浙江嘉善港建設(shè)5000噸/年氣相法白炭黑生產(chǎn)裝置，2005年開始建設(shè)，已于2007年正式投產(chǎn)。

我國從20世紀(jì)60年代開始小規(guī)模生產(chǎn)氣相法白炭黑，目前國內(nèi)有沈陽化工股份有限公司、上海氯堿化工股份有限公司和廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司的合資企業(yè)-吉林雙吉化工新材料有限公司和開化新吉新材料有限公司生產(chǎn)氣相法白炭黑。其中沈陽化工股份有限公司的生產(chǎn)能力為1000噸/年，上海氯堿化工股份有限公司為100噸/年，廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司為2800噸/年，另外還有疏水型氣相法白炭黑產(chǎn)能500噸。

2007年我國氣相法白炭黑的生產(chǎn)裝置已經(jīng)達(dá)到13500噸/年的產(chǎn)能，其中國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能將占29%。2007年國內(nèi)氣相法白炭黑裝置產(chǎn)能情況詳見表1。

國外氣相法白炭黑公司將生產(chǎn)裝置有計(jì)劃地移至我國，力圖更有效地控制我國市場，憑借其雄厚的技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力對我國進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)封鎖、市場和原材料壟斷。我國氣相法白炭黑市場發(fā)展環(huán)境極為嚴(yán)峻，產(chǎn)業(yè)面臨巨大的生存壓力與挑戰(zhàn)。我國經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的科研攻關(guān)，氣相法白炭黑產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今來之不易，大力發(fā)展和有效保護(hù)國內(nèi)氣相法白炭黑產(chǎn)業(yè)已刻不容緩。面對嚴(yán)峻的市場環(huán)境，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)如果在相對較短的時(shí)間內(nèi)不能奮起直追，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，國內(nèi)相關(guān)行業(yè)不支持，白炭黑行業(yè)將保持國外公司高度壟斷的局面，直接影響有機(jī)硅單體和多晶硅行業(yè)的發(fā)展，并會影響到國防工業(yè)和國家安全。

國內(nèi)外白炭黑公司在開發(fā)和應(yīng)用氣相法白炭黑技術(shù)的同時(shí)，十分注重知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)工作，申報(bào)了一系列專利發(fā)明專利。國外公司在國內(nèi)最早申報(bào)發(fā)明專利，但國內(nèi)企業(yè)面對外資的挑戰(zhàn)，并不氣餒，強(qiáng)化了發(fā)明專利申請工作，特別值得一提的是廣州吉必盛公司，該公司是最晚進(jìn)入白炭黑行業(yè)，但已經(jīng)申報(bào)的與白炭黑有關(guān)的發(fā)明和實(shí)用新型專利總計(jì)有11項(xiàng)，其中已經(jīng)獲得授權(quán)的發(fā)明專利有8項(xiàng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國內(nèi)外其他企業(yè)，在知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面走在前列。

二、氣相法白炭黑國內(nèi)市場分析與預(yù)測

國內(nèi)氣相法白炭黑以前主要用于軍工領(lǐng)域，在上世紀(jì)90年代開始大量用于民用工業(yè)，如硅橡膠、聚酯、密封膠、涂料、油墨等領(lǐng)域。

關(guān)于氣相法白炭黑的國內(nèi)市場消費(fèi)量，官方無統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)公布，業(yè)內(nèi)人士看法不一，但基本觀點(diǎn)是一致的，都認(rèn)可隨著近年來國內(nèi)有機(jī)硅工業(yè)的飛速發(fā)展，氣相法白炭黑的用量在大幅增長(見表2)。

氣相法白炭黑主要應(yīng)用在室溫硫化硅橡膠(RTV)和熱硫化硅橡膠(HTV)領(lǐng)域，在后者中添加量高達(dá)40份，它在硅橡膠領(lǐng)域的使用量大概占了其總產(chǎn)量的60%，因而硅橡膠使用的廣度和深度將直接影響氣相法白炭黑的市場需求。我國硅橡膠的大規(guī)模應(yīng)用已經(jīng)起步，有巨大的市場潛力。我國硅橡膠的市場多集中于廣東、江蘇、浙江一帶，目前大約占據(jù)了全國市場的85%。

近幾年我國的氣相法白炭黑市場保持高速增長，氣相法白炭黑的凈進(jìn)口量增長率連續(xù)7年超過20%(見表3);2007年進(jìn)口量達(dá)到12318噸。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國氣相法白炭黑的需求量已超過20000噸/年，年均增長率高達(dá)32%(見表4)。

三、多晶硅快速發(fā)展對氣相法白炭黑提供的機(jī)遇

隨著傳統(tǒng)非再生能源石油，天然氣，煤等的大量使用帶來的嚴(yán)重溫室效應(yīng)，加上長期過渡開采已經(jīng)引發(fā)的資源枯竭，全球已經(jīng)開始擔(dān)憂能源安全問題，使得原油的價(jià)格在近幾年特別是2007年以翻番的速度上升，所引發(fā)的問題已經(jīng)超過石油危機(jī)年代，圖1列出了近十年來原油期貨價(jià)格變化情況，在2007年有幾個(gè)交易日突破了100美元/桶，而在2008年已經(jīng)穩(wěn)定在100美元/桶以上，3月盤中甚至突破了110美元/桶，對世界經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅!可再生能源在此種背景下得到了前所未有的重視，其中風(fēng)能和太陽能利用技術(shù)最為成熟，而風(fēng)能由于受到地理環(huán)境的限制使用面有限，多晶硅光伏太陽能技術(shù)則受到發(fā)達(dá)國家和主要發(fā)展中國家的高度重視和大力推廣，其中多晶硅又是光伏太陽能產(chǎn)業(yè)的基石。全世界目前主要有14家企業(yè)從事多晶硅材料的開發(fā)生產(chǎn)，行業(yè)由于技術(shù)門檻和投資強(qiáng)度大而形成高度集中的局面，雖然有改良西門子法，冶金法、硅烷法等近十種工藝技術(shù)生產(chǎn)高純度多晶硅，但改良西門子法占據(jù)了絕對主導(dǎo)地位。

國內(nèi)的多晶硅產(chǎn)業(yè)起步于上世紀(jì)六十年代，以峨嵋半導(dǎo)體材料廠為代表，主要為軍工行業(yè)服務(wù)，一個(gè)企業(yè)的年產(chǎn)量不超過50噸。直到本世紀(jì)初，我國開始重視高純度多晶硅材料的大批量生產(chǎn)線的建設(shè)，以2002年成立的四川新光硅業(yè)公司為標(biāo)志，但其建設(shè)速度十分緩慢，2007年才開始進(jìn)入批量生產(chǎn)。而隨著國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和發(fā)達(dá)國家由于十分優(yōu)惠的補(bǔ)貼政策的實(shí)現(xiàn)，多晶硅光伏產(chǎn)品的需求量呈現(xiàn)幾何級增長的局面，大大刺激了高純度多晶硅的需求，使得其價(jià)格在一年內(nèi)上漲了近十倍，此種不正常的價(jià)格上漲導(dǎo)致了國內(nèi)眾多大型多晶硅項(xiàng)目的上馬，在未來2-3年內(nèi)國內(nèi)的多晶硅產(chǎn)能和產(chǎn)量將成幾何級增長的態(tài)勢，我國很快將成為全球多晶硅生產(chǎn)大國。而隨著一批多晶硅大型項(xiàng)目的投產(chǎn)，必然導(dǎo)致多晶硅價(jià)格的大幅下降，對降低光伏太陽能終端產(chǎn)品的價(jià)格，使得多晶硅光伏太陽能發(fā)電的成本大幅度下降成為可能，反過來又促進(jìn)多晶硅的進(jìn)一步發(fā)展，可以說目前已經(jīng)是多晶硅及其光伏太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)期。

然而，根據(jù)改良西門子法的工藝技術(shù)路線，在大幅提高多晶硅產(chǎn)能的同時(shí)，必然導(dǎo)致其還原反應(yīng)中的副產(chǎn)物四氯化硅的消化成為行業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前國內(nèi)多晶硅工藝技術(shù)控制水平最好的企業(yè)，每噸多晶硅將產(chǎn)生10噸左右的副產(chǎn)物四氯化硅，控制水平差的甚至達(dá)到了20噸，按照已有的在建和擬建項(xiàng)目，2010年我國的多晶硅總產(chǎn)能將突破10kt/a的水平，意味著至少有100kt/a的四氯化硅必須進(jìn)行消化。四氯化硅作為一種高度危險(xiǎn)的化學(xué)品，不能用普通的方法進(jìn)行處理。傳統(tǒng)方法是將四氯化硅提純，然后跟無水乙醇(或甲醇)利用酯化反應(yīng)，在常溫常壓下制備硅酸乙酯(或硅酸甲酯)，但用量十分有限，而且有些還存在分離等困難，不能完全利用。利用多晶硅工業(yè)副產(chǎn)物四氯化硅為原料生產(chǎn)氣相二氧化硅是一個(gè)具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)保雙重效益的工藝技術(shù)，既解決了束縛多晶硅工業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，降低多晶硅生產(chǎn)成本，達(dá)到多晶硅生產(chǎn)節(jié)能減排、潔凈環(huán)保、循環(huán)利用的目的，進(jìn)一步提高我國多晶硅生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平和市場競爭力，從而促進(jìn)我國多晶硅工業(yè)快速健康發(fā)展;又可以給氣相二氧化硅行業(yè)提供大量原料，從而促進(jìn)我國氣相二氧化硅行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而推動我國的太陽能及其它高技術(shù)和新材料領(lǐng)域的健康發(fā)展。這種資源的整合與循環(huán)利用，促進(jìn)彼此的發(fā)展，形成一個(gè)資源互補(bǔ)，互相利用，共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈，社會效益、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，是目前解決多晶硅工業(yè)瓶頸的最佳途徑。

四、氣相法白炭黑將促進(jìn)我國有機(jī)硅工業(yè)可持續(xù)發(fā)展

隨著石油及天然氣等非再生能源價(jià)格彪升，石油基聚合物產(chǎn)品的價(jià)格不可避免大幅上漲，對合成材料產(chǎn)業(yè)不能不說是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。硅橡膠原材料同石油的關(guān)聯(lián)度不大，其性能優(yōu)于多種合成材料，長期以來因?yàn)閮r(jià)格太高，人們只將其作為特種合成材料使用。但隨著我國十幾套大型有機(jī)硅單體裝置的投產(chǎn)，硅橡膠的基本原材料硅氧烷的價(jià)格還將有一定的下降空間，使得硅橡膠的成本還要降低，目前已經(jīng)比三元乙丙膠價(jià)格要低，根據(jù)預(yù)測將可能還要低過天然橡膠等大宗普通橡膠，其結(jié)果是硅橡膠將以普通合成材料的價(jià)格取代部分傳統(tǒng)產(chǎn)品，硅橡膠的使用量將比現(xiàn)有水平增加數(shù)倍，這對于有機(jī)硅行業(yè)的發(fā)展帶來巨大機(jī)遇。硅橡膠由于其基膠的結(jié)構(gòu)決定必須使用補(bǔ)強(qiáng)填料才能具有使用價(jià)值，如前所述，氣相法白炭黑是硅橡膠最佳補(bǔ)強(qiáng)填料，由于其價(jià)格太昂貴，使得人們尋找到了沉淀法白炭黑等替代產(chǎn)品，但這些替代品的使用使硅橡膠的性能沒有充分發(fā)揮。由于廣泛使用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅作為氣相法白炭黑的主體原材料，氣相法白炭黑的價(jià)格已經(jīng)大幅下降，而且隨著國內(nèi)氣相法白炭黑生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，其價(jià)格還將有下降的余地，使得硅橡膠在使用氣相法白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)填料發(fā)揮其優(yōu)異性能的同時(shí)成本并不增加，對于硅橡膠加工行業(yè)將是重大利好，可以預(yù)計(jì)形成這樣的局面后硅橡膠的使用量將大大增加，對促進(jìn)有機(jī)硅行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要作用。反過來看，有機(jī)硅的發(fā)展同時(shí)也將促進(jìn)氣相法白炭黑的穩(wěn)步發(fā)展。

五、結(jié)論與建議

1、國內(nèi)氣相法白炭黑的消費(fèi)量年增長率均超過32%，進(jìn)口量年增長率均超過30%，2010年將超過25kt/a的水平。

2、隨著國外公司在國內(nèi)生產(chǎn)基地建設(shè)和國內(nèi)企業(yè)的快速發(fā)展和氣相法白炭黑使用量的大幅提升，我國已經(jīng)成為世界氣相法白炭黑的生產(chǎn)消費(fèi)大國，很快將發(fā)展成為世界強(qiáng)國。

3、多晶硅行業(yè)的大發(fā)展給氣相法白炭黑行業(yè)帶來巨大機(jī)遇，氣相法白炭黑的發(fā)展又將促進(jìn)多晶硅行業(yè)的健康發(fā)展，兩個(gè)行業(yè)將形成資源綜合利用，相互促進(jìn)的良性發(fā)展模式。

4、氣相法白炭黑的發(fā)展將促進(jìn)有機(jī)硅行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而有機(jī)硅行業(yè)的發(fā)展同樣促進(jìn)氣相法白炭黑行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。