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 в 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 розвинутою енергетикою. Значні при виробництві кремнію і витрати по паливу (коксу).
`Чистий` кремній являє собою сировинний матеріал, перш за все, для двох напрямків - сонячної енергетики і електроніки. При цьому, для виробництва фотоелементом 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, використовуваний в якості сировини при виробництві радіодеталей і мікросхем. Ринок напівпровідникового кремнію продовжує зростати, тому що на його застосуванні базуються і будуть базуватися надалі сучасні інформаційні технології (комп`ютери, електроніка, телекомунікації тощо).
Кремній більш низької якості, технічний, із вмістом Si порядку 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 в якості 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, силанов.
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 у світі сягає лише близько 30 тис. т на рік. Лідируюче становище у даній галузі займають США (близько 20 тис. т), за ними йдуть Японія, Німеччина та Італія. Майже дві третини цього кремнію споживається індустрією мікроелектроніки і тільки 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 чималу увагу приділяється фотоенергетиці. Сьогодні при попиті в 5-6 тис. т на рік покривається лише трохи більше 2 тис. т. Світовим лідером з виробництва кремнію сонячної якості (монокремнія) 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 з виробництва 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 ситуацію, що склалася критичною, оскільки існуючі постачальники при 100%-ної завантаженості, тим не менш, не в силах задовольнити зростаючі потреби ринку. Особливістю ринку кремнію є те, що можливістю його виробництва мають лише декілька країн в світі, а відповідні технології не продаються.
Українські реалії
В Україні сумарні запаси основної сировини для виробництва кремнію - кварцитів - перевищують 180 млн. т. Їх родовища є в Дніпропетровській, Житомирській, Кіровоградській областях (Овруцьке, Товкачівський, Білокоровицького, Васильківське і Іванівське). При цьому, Овруцьке родовище кварцитів за якістю кристалічних кварцитів й запасам не має аналогів у 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 подрібнених кварцитів, до 300 тис. т мелених кварцитів і 1 млн. т щебеню на рік.
Сумарні запаси кварцитів-пісковиків в Україні становлять понад 9.5 млн. т. Їх родовища знаходяться у Сумській області (Банічское і Мацковская). Оціночні запаси Мацковская родовища кремнієвого сировини складають приблизно 100 тис. т багатих кварцсодержащих 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. У СРСР Україна 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. Більш того, в 2002 році зі складу ЗТМК була виведена вся вертикаль виготовлення чистого кремнію, а також кремнієвих епітаксійних структур, кремнієвих структур з діелектричною ізоляцією (заготівлі 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 монокремнія з часткою близько 80%. Його потужність по `вирощування` кремнію становить 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, Україну 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. Ось тільки річ, як завжди, за виконанням.
Ольга Фоміна
http://www.rusmet.ru/