专题 | 新湖工业硅原料系列专题三:硅石介绍

生产工业硅所需要的硅主要来自硅石，硅石是制造工业硅的重要原料之一。 工业硅生产过程主要是将硅石作为硅源以碳质材料作为还原剂，经过清洗干燥后，将硅石和还原剂送入反应炉，在2000℃左右的高温下，经还原制得硅。之后，再将产物溶化后重结晶，用酸除去杂质，最后得到合格的工业硅。其生产过程中的碳还原氧化硅反应，通常用以下总反应式表示： SiO2+2C=Si+2CO 二、硅石的洗选技术已相当成熟 对于生产冶金级工业硅的硅石，其氧化物杂质含量应达到Fe2O3＜0.15%，Al2O3＜0.20%，CaO小于0.15%。如果生产太阳能级工业硅，对氧化物杂质的控制更严格，Fe2O3小于0.1%，Al2O3小于0.15%，CaO小于0.10%，并对硅石中硼、磷还有严格要求。 硅石除了主要矿物石英外，通常伴有长石、云母、粘土和铁质等杂质矿物。在工业硅生产过程中，硅石需要经过清洁，去除泥沙等杂质，硅石中常见的杂质一般为是硅石本身或表面泥沙带入。常见的有害杂质成分通常以Al2O3、CaO、Fe2O3为主。这些杂质若被带入反应炉，将会有一定数量被还原进入硅溶液，带入的杂质含量越多还原数量越多，所以杂质同时提高能耗并降低了工业硅质量，故硅石作为核心原料，其品质一定程度上决定了工业硅产品品质的上限。 随着国内工业硅产业的发展，行业洗选技术越发成熟。根据硅石矿物原料的杂质和包裹体的赋存状态，在选矿提纯工艺主要分为擦洗→磁选→浮选→酸浸等工艺流程，随着选矿工艺研究的不断深入，又引进和开发了电选、色选和生物选矿等。 硅石的擦洗是硅石洗选流程的第一步，通常需要借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜铁、粘结及泥性杂质矿物。通过擦洗流程，可以进一步擦碎未成单体的矿物集合体，再经分级作业对泥质性杂质矿物进行有效脱除。常见的擦洗工艺有机械擦洗、棒磨擦洗和加药高效强力擦洗和超声波擦洗等。 硅石经过擦洗后，通常需要对其再进行磁选，这样硅石上的磁性矿物可以被最大限度地清除。通常磁选可以去除的杂质部分包括赤铁矿、褐铁矿、黑云母、钛铁矿、黄铁矿和石榴石等。目前主流的磁选方法有湿式和干式磁选两种方式，一般干式主要用于除去含铁矿物及其连生体颗粒，而湿式通常是强磁选或高梯度磁选模式，更适合用于剔除弱磁性杂质矿物。 第三步的浮选流程主要是为了除去硅石矿物原料中的长石、云母等非磁性伴生杂质矿物，因为这些杂质和硅石中的主要成分石英有着类似的物理性质、化学组成、结构构造。当今主流的浮选方法为无氟有酸法，将硅石处于强酸性介质条件下,再加入阴阳离子混合捕收剂，优先浮选长石，实现石英和长石的浮选分离。 经过浮选后的硅石，其纯度已达到较高水平，但仍不足以用于工业硅的生产，还需要经过最后一步酸洗，来去除硅石中的其他杂质矿物。酸浸常用的酸类有盐酸、硝酸、硫酸、氟酸等，可以有效溶解如铁元素等一系列杂质，而硅石中的石英本身并不溶于酸，故能得到提纯。 最后，硅石还需要控制颗粒度大小，才能入炉。一般情况下，小型工业硅电炉硅石的入炉粒度为20～60mm，中型电炉的硅石入炉粒度为30～80mm，大型电炉硅石入炉粒度为40～100mm。 三、国内硅石资源丰富，但可开采高品位矿相对有限 根据自然资源局数据，我国硅石资源主要集中于新疆、湖北、云南、江西、甘肃、内蒙古等省份，其中湖北、江西两地硅石质量较高，云南及新疆可开采硅石资源品位一般。 中国工业硅产能主要集中在四川、福建、新疆云南等地，各主产地具有一定的硅石资源储备。根据国家自然资源局2022年已探明硅石矿产资源数据，四川地区硅石储量最为丰富，随后是福建和新疆。 虽然四大主产地硅石储量丰富，但适用于工业硅生产的硅石比重除云南外均偏少，呈现量大而整体品位不高的局面。硅石按照品位及用途，一般可分为冶金用硅石、玻璃用硅石和水泥用硅石，其中冶金用硅石品质最高，适用于工业硅生产。而分析各产地硅石品质来看，只有云南所含的冶金用硅石比重更高，主要集中在邵通地区。新疆近期新开采矿区大部分位于阿勒泰地区，但性能指标相对一般。 为应对近期因工业硅产能攀升带来的本地优质硅石的供需错配，主产地工业硅企业常从周边省份补充采购优质硅石原料。以四川地区为例，本地工业硅企业多从山西、湖北、贵州和甘肃等地区外采硅石来进行补充；而新疆地区工业硅用硅石外采地集中在内蒙古、甘肃、陕西、河南等地区；云南硅企外采硅石主来自于缅甸以及贵州、广西等地区；福建硅企会经常采用湖南、江西等地的优质硅石作为补充。 四、近期硅石的价格相对比较稳定 在2022年上半年，工业硅产量持续增长，行业开工保持高位，而疫情影响下，各地硅石运输费走高。硅石供应逐步趋紧张，叠加成本的上移，使得硅石价格出现了一波明显的上涨，为近3年来最大的涨幅。 2022年下半年至今，硅石价格整体大稳小动，波动较小。由于政府限制硅石的开采，鼓励各地区硅石矿山发展趋向大型化、规模化，并注销了一定规模的小型硅石矿山，因此高品位硅石供应紧缺，给硅石价格提供了一定支撑。进入2023年后，工业硅行业利润持续收窄，下游对硅石压价意愿较为强烈，在同年枯水期，西南硅企停炉减产后，硅石价格出现了一定程度松动。此后，随着行业产量的持续攀升，硅石价格整体坚挺运行为主。 新湖期货黑色组姜秋宇执业资格号：F3007164投资咨询资格号：Z0011553审核人：李明玉 免责声明 本 报 告 由 新 湖 期 货 股 份 有 限 公 司 （ 以 下 简 称 新 湖 期 货 ， 投 资 咨 询 业 务 许 可 证 号3 2 0 9 0 0 0 0） 提 供 ， 无 意 针 对 或 打 算 违 反任 何 地 区 、 国 家 、 城 市 或 其 他 法 律 管 辖 区 域 内 的 法 律 法 规 。 除 非 另 有 说 明 ， 所 有 本 报 告 的 版 权 属 于 新 湖 期 货 。 未 经 新 湖期 货 事 先 书 面 授 权 许 可 ， 任 何 机 构 和 个 人 不 得 以 任 何 形 式 翻 版 、 复 制 、 发 布 。 如 引 用 、 刊 发 ， 须 注 明 出 处 为 新 湖 期 货 股份 有 限 公 司 ， 且 不 得 对 本 报 告 进 行 有 悖 原 意 的 引 用 、 删 节 和 修 改 。 本 报 告 的 信 息 均 来 源 于 公 开 资 料 和/或 调 研 资 料 ， 所 载的 全 部 内 容 及 观 点 公 正 ， 但 不 保 证 其 内 容 的 准 确 性 和 完 整 性 。 投 资 者 不 应 单 纯 依 靠 本 报 告 而 取 代 个 人 的 独 立 判 断 。 本 报告 所 载 内 容 反 映 的 是 新 湖 期 货 在 最 初 发 表 本 报 告 日 期 当 日 的 判 断 ， 新 湖 期 货 可 发 出 其 他 与 本 报 告 所 载 内 容 不 一 致 或 有 不同 结 论 的 报 告 ， 但 新 湖 期 货 没 有 义 务 和 责 任 去 及 时 更 新 本 报 告 涉 及 的 内 容 并 通 知 更 新 情 况 。 新 湖 期 货 不 对 因 投 资 者 使 用本 报 告 而 导 致 的 损 失 负 任 何 责 任 。 新 湖 期 货 不 需 要 采 取 任 何 行 动 以 确 保 本 报 告 涉 及 的 内 容 适 合 于 投 资 者 ， 新 湖 期 货 建 议投 资 者 独 自 进 行 投 资 判 断 。 本 报 告 并 不 构 成 投 资 、 法 律 、 会 计 、 税 务 建 议 或 担 保 任 何 内 容 适 合 投 资 者 ， 本 报 告 不 构 成 给予 投 资 者 投 资 咨 询 建 议 。