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文：特殊商品组
投资咨询业务资格：
证监许可【2011】1292号
摘要
工业硅主要用于生产有机硅、铝合金和多晶硅，三大下游与新能源行业息息相关。本文就工业硅生产炉型、生产工艺和各项生产原材料进行详细剖析。
国内工业硅生产所使用的硅石，主要来自新疆、云南、湖北、江西等地。新疆硅石主要供应给当地硅企；云南地区硅石主要产自昭通地区，钛含量较高，仍需从其他地区如湖北或境外缅甸进口采购矿石搭配进行化学级工业硅生产；湖北、江西地区的硅石品质较高，可用于Si2202和Si3303等纯度更高的工业硅生产。
在工业硅生产成本中，电力成本占到了生产成本的35%，电价直接影响工业硅生产成本，因此我国工业硅产能主要集中于电力资源丰富的地区。新疆地区具有丰富的煤炭资源，电力以火电供应为主，大型硅企更配有自备电厂，电力成本目前更低。西南地区四川和云南地区的水电资源丰富，但相比于火电的持续稳定供应，水电具有明显的季节性变化，开工率受丰枯水季影响明显；福建地区也是以水电供应为主，主要生产高品质工业硅Si2202、Si3303为主，产品主要出口海外，电价承受能力较强。
一、工业硅生产炉型及工艺
工业硅的生产流程为：对硅矿石进行开采，将硅矿石经过洗选、筛分并干燥后，与碳质还原剂（石油焦、木炭、木片、洗精煤）一起送入矿热炉内，经过石墨电极通电加热炉内原料，在炉内发生高温还原反应，将硅石中的二氧化硅还原成工业硅液体，经过浇铸、通氧、冷却、破碎等步骤生产成块或粉状工业硅。
根据还原剂种类，工业硅生产可以分为全煤工艺与高煤高焦工艺，全煤工业中，还原剂仅使用硅煤和木块，而高煤高焦工艺还原剂为硅煤、石油焦、木炭及木片。据百川盈孚统计，新疆东方希望使用全煤工艺进行生产，四川部分地区由于较为严格的环保政策，逐渐使用全煤工艺替代石油焦生产，剩余地区厂家基本使用高煤高焦工艺进行生产，还原剂根据各地原材料情况比例有所不同。
二、工业硅生产材料
工业硅的生产环节中主要可以分为三大板块，原材料硅矿石、石墨电极以及各种碳质还原剂，上述部分占工业硅生产成本的40-45%，根据不同的生产工艺以及生产品位，所使用的原材料和碳质还原剂也各有不同，具体来看：
1.硅矿石：
自然界中硅元素储量丰富，占地壳总重量的25.7%，是仅次于氧的第二大元素。通常以含氧化合物形式存在，其中最简单的就是硅和氧的化合物SiO2，是硅石的主要成分，根据其内部的组织结构分类，可以分为石英岩、脉石英、石英砂岩、粉石英和石英砂，具有不同纯度的SiO2，工业硅生产多使用石英岩和脉石英。而根据工信部发布的《中华人民共和国黑色冶金行业标准（2014版）》可以将硅石分为耐火材料用硅石、铁合金用硅石、工业硅用硅石，其中耐火材料用硅石SiO2不低于96%，铁合金用硅石SiO2不低于97%，工业硅用硅石理化指标为SiO2不小于99%。
根据我国自然资源部2020年发布的数据，按照组织形式分类，我国石英岩、石英砂岩、石英砂三者的储量之和占硅石的98.21%，脉石英和粉石英储量占比仅有1.79%，主要分布在江西、安徽、海南等地区。按照用途分类，冶金用硅石国内储量为24501.38万吨，占全国储量的10.37%，主要分布在青海、贵州、陕西地区，占比分别为35.16%，16.62%,11.45%.
据我们前期调研了解，目前国内工业硅生产所使用的硅石，主产地主要来自于新疆、云南、湖北、江西等地。新疆地区硅石主要用于当地硅企生产需要，但由于新疆地区勘探技术相对落后以及禁采政策限制，新疆的硅石产量仅能满足当地生产的60%，剩余的40%需要从其他地区采购。云南地区矿石主要产自昭通地区，昭通硅石尽管供应充足但其中钛含量较高，仍需从其他地区如湖北或境外缅甸进口采购矿石搭配进行化学级工业硅生产。湖北、江西地区的硅石品质较高，可用于如Si2202和Si3303等高品位工业硅生产。
另外，根据我们前期走访调研了解，硅石品质对工业硅生产质量有直接影响，目前优质硅矿石供应相对紧张，部分厂家已开始于国内外布局规划购买硅石矿，以保障未来优质硅石的稳定供应。
2.碳质还原剂：
冶炼工业硅所使用的碳质还原剂的基本要求需满足：灰分低、比电阻高、固定碳高、挥发分适中、化学反应性强、有一定的粒度和机械强度。目前生产中常使用的还原剂有石油焦、木炭、洗精煤、木片，通过使用不同种类的还原剂，同时调整还原剂配比来控制工业硅的生产质量和炉况。
石油焦
石油焦是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂的过程，转化而成的产品，具有主体碳含量高、灰分低等优点，含碳量一般在80%以上，灰分比例在0.5%以下。在生产过程中，石油焦存在在高温下石墨化程度高、反应能力低、反应性差、比电阻小等问题，使炉喉部易于烧结，因此石油焦使用比例不易过高，多采用石油焦与其他还原剂搭配使用，起补充固定碳作用。
石油焦可通过其含硫量分为高硫焦、中硫焦和低硫焦3种，中国石油焦质量标准（ZBE44002-86）将生焦分为1号、2号和3号，每个号又分为A焦和B焦两类，规定1号焦硫分不大于0.5% （A焦）及0.8% （B焦），2号焦为不大于1.0% （A焦）及1.5% （B焦），3号焦为不大于2.0% （A焦）及3.0% （B焦），4号焦硫分不大于5%（A焦）及7%（B焦），5号焦硫分不大于9%。目前工业硅生产多使用5号高硫焦，目前市场中常使用的有台塑焦、广州焦、塔河焦。
木炭
木炭是由木材或木制原料经过不完全燃烧，或者在隔绝空气条件下热解，所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料，具有灰分较低、比电阻高、化学活性高以及还原能力强等优点，同时其中磷、硼等杂质元素含量较低，但其缺点也较为明显，每吨木炭需消耗4-5吨木材原料，生产污染严重不符合环保要求，并且价格较高，因此木炭多用于高品质工业硅生产，如云南、福建地区在生产中多添加木炭作为还原剂。
硅煤
煤分为烟煤与无烟煤，未经加工的烟煤存在灰分较高的问题，灰分大于10%的烟煤通常不用于工业硅生产，当灰分超过5%时，会超过冶炼操作和影响产品质量，因此烟煤一般经过洗选后才可以使用，经过处理后得到硅煤，具有灰分低、杂质少、比电阻大、化学反应性好等优点，但其冶炼中炉料透气性较差，因此使用硅煤生产中需合理的选择炉料疏松剂的用量。目前市场中主要使用新疆、陕西、宁夏和贵州的硅煤。由于新疆地区向外省运输成本高，因此多供给本地硅企生产，同时由于新疆产能较多，仍需要向外省采购硅煤用于生产。陕西、宁夏地区硅煤主要供给西南地区生产。
木片
木片在工业硅冶炼中充当疏松剂的作用，由于石油焦、硅煤粒度较小，透气性较差，需添加木片使炉料达到生产的透气性要求。添加时需注意用量，疏松剂过多，会导致炉料体积增大，易塌料、刺火；疏松剂过少，或导致透气性不足，造成熔炼困难。如果要生产低磷低硼的产品，木片更好进行去皮处理。
3.电极：
电极是工业硅生产中主要消耗材料之一，电极的功能主要是把变压器经过铜瓦传导电流系统输出的电流导入炉内，以便在炉内产生电弧热和电阻热，用于工业硅熔炼。电极是电炉导电系统的重要组成部分，由于工业硅对含铁量要求严格，不宜采用有铁壳的自焙电极，应使用石墨或碳素电极。石墨电极相比较于碳素电极具有以下优点：（1）导电性好，电阻率低，自身电耗少，电能吨耗下降；（2）抗折强度高，在冶炼过程中电极不易掉块、折断，矿热炉连续工作率高；（3）灰分低，在生产过程中，除载电发热外也有少部分电极以碳的形式参加还原反应；目前工业硅生产中多使用大尺寸普通功率石墨电极进行生产。
三、工业硅主产区电力情况
新疆地区作为国内更大的工业硅生产地区，具有丰富的煤炭资源，可以提供低价的火电支持企业生产，据百川盈孚统计，今年新疆电网电价平均在0.35元/度，如合盛硅业和东方希望这样的大型硅企，更是配有自备电厂，今年自备电厂成本约0.26元/度，进一步降低电力成本，并且火电电力供给稳定，不受季节性干扰。西南地区四川和云南地区的水电资源极为丰富，但相比于火电的持续稳定供应，水电具有明显的季节性变化，每年的5-10月份为丰水期，电力供应充足电价较为便宜，以2021年为例丰水期电价约0.33元/度，开工率明显上升，1-4月份为枯水期，发电量减少电价上升明显，以2021年为例枯水期电价约0.42元/度，开工率下滑，受季节性干扰较大。福建地区也是以水电供应为主，主要生产高品质工业硅Si2202、Si3303为主，用于海外出口，因此对于电价容忍度较高，今年电力市场改革后，电价有所上升，福建地区电价上涨0.1元/度至0.65元/度。
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