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带你看工业硅的上下游!

文章来自:悦闻闻
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发布时间:2022-06-09 08:37:57
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工业硅产业链结构

硅产业是我国有色金属行业的重要组成部分,近年来一直受到国内外广泛关注。工业硅又称金属硅,是由硅矿石、木炭、煤及石油焦等碳质还原剂,经高温还原反应后生成,其杂质主要有铁、铝、钙等。按照铁、铝、钙的含量,可分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。

工业硅行业的上游为化工原料制造业,主要包括硅块、热电、还原剂、石油焦等,下游产品主要分为多晶硅、有机硅和铝合金等,终端应用主要为电子器件、日化产品、光伏、半导体、汽车制造、房地产等领域。工业硅在我国经济社会发展中具有特殊的地位,是新能源、新材料产业发展不可或缺的重要材料,展现了广阔的应用前景。

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工业硅的上游

硅矿石是工业硅冶炼最主要的原料,也是脉石英、石英岩、石英砂岩的总称。纯硅石可作石英玻璃或提炼单晶硅。结晶硅石外观一般呈乳白色、灰白色、淡黄色以及红褐色。有鲜明的光泽,断面平滑连续,并带有锐利棱角,硬度、强度都很大。脉石英呈致密块状,纯白色,半透明,发油脂光泽,断面呈贝壳状,石英结晶颗粒多在2mm以上,肉眼可辨。石英砂主要指含二氧化硅较多的河砂、海砂、风化砂等,除主要成分二氧化硅外,还含有氧化铁、粘土、云母和有机杂质。石英砂,根据其矿体自身品位及加工程度的不一样可以分为石英砂、石英粉、超细硅微粉、方石英、高纯石英等。

从硅石资源类型来看,我国石英岩的保有量为20.9亿吨,占我国硅石资源储量的53.35%;天然石英砂12.3亿吨,占31.5%;其次是石英砂岩和脉石英分别为5.6亿吨、0.4亿吨,占14.22%和0.93%。

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从地理分布来看,中国保有储存的有150处硅石矿。石英岩矿多分布于青海及辽宁、山西等地:石英砂岩矿多分布于四川、湖南、江苏、浙江及山东等地;石英砂主要分布于福建、广东、广西的南部和海南西北部及山东北部这些沿海地带,还有西辽河东部、黄河中游及潘阳湖、骆马湖畔:脉石矿则散布于西川、黑龙江、湖北等地的变质岩区。西北地区保有矿产地31处,共计保有矿石储量19.1亿吨,占全国保有矿石储量的48%,主要为分布于青海大通及陕西汉中等地的石英岩矿,陕西神木、宁夏惠农、新疆库车等地的石英砂矿岩,甘肃兰州、新疆昌吉及宁夏固原等地的石英砂矿。此外,西北地区保有储量的利用率为7%。

除硅矿石外,工业硅的上游原材料还包括石油焦、木炭、烟煤等还原剂。在还原反应里碳质还原剂主要是为反应提供足够的还原碳量,同时也是矿热炉中电流的主要导体。通过改变还原剂的种类与用量也可以获得不同质量品级的工业硅。

工业硅的下游

工业硅的下游应用广泛,按行业应用产品可细分为多晶硅、有机硅和合金硅;其中,多晶硅又可以进一步冶炼成单晶硅。多晶硅(单晶硅)多应用于光伏产业和半导体产业,合金硅主要应用于汽车制造产业;而有机硅不断应用于传统行业(医疗器械、电子器件),还应用于新兴产业像是5G基站等。

根据中国有色金属工业协会硅业分会的统计数据显示,在2020年国内工业硅下游需求方面,分不同领域来看,多晶硅行业全年消费工业硅49万吨,占国内工业硅消费总量的29.8%;铝合金行业全年消费工业硅45万吨,占国内消费总量的27.4%;有机硅行业全年消费工业硅66万吨,占国内消费总量的40.2%。

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多晶硅产业链

多晶硅主要用于光伏产业及电子工业,不仅是太阳能转化为光能的理想介质,也是信息产业中不可缺少的基础材料。生产技术主要为改良西门子法和硅烷法,有着产能投资金额大、技术工艺复杂、投产周期长等特点,具备较高的进入壁垒。

多晶硅按硅含量纯度可细分为冶金级、太阳能级及电子级多晶硅。冶金级多晶硅是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成,一般含Si为95%左右,有的高达99.8%以上,主要应用于航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料以及建筑、纺织、汽车、机械等;太阳能级多晶硅纯度介于冶金级硅与电子级硅之间,至今未有明确界定,一般认为含Si在99.99%至99.9999%之间,主要应用于太阳能电池;电子级多晶硅一般要求含Si99.9999%以上,主要应用于半导体工业。

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晶硅电池主要应用于太阳能屋顶电站、商业电站和高土地成本的城市电站,是目前技术最成熟、应用最广泛的太阳能光伏产品,占据世界光伏市场80%以上的份额,其对多晶硅的需求增速明显。在全球新能源趋势下,光伏行业需求量井喷式增长。自提出2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的目标后,光伏产业受到前所未有的关注,行业发展提速。

根据中国光伏行业协会的数据显示,中国多晶硅产能由 2011 年 16 万吨增至 2021 年 51.9 万吨,复合增速达 12%;产量由 2010 年 5.2 万吨增至 2021 年 50.5 万吨, 复合增速达 23%,增速远高于传统行业。

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2019年以来,光伏行业迎来平价上网时代,多晶硅作为光伏的核心原材料产量也迎来高速增长期,2021年中国多晶硅表观消费量为61.9万吨,同比增长 25%。据国家能源局的资料显示,未来每年风电、光伏发电新增装机总量都将较“十三五”期间大幅增长,多晶硅需求将迎来确定性红利。

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有机硅产业链

有机硅是工业硅的重要下游产业,不仅可以作为基础材料在工业中大量应用,还可对其他材料进行改性,改善或提高传统材料的工艺性能和使用性能。有机硅可进一步加工成为硅橡胶、硅树脂、硅油、硅烷偶联剂等四大类深加工产品,其中硅橡胶分为室温胶和高温胶,有机硅下游制品也以高温胶和室温胶为主导。

从有机硅下游产品具体性能和用途来看,室温胶具有耐高低湿、耐候性、疏水性及良好的电气性能,还具有制造简单、使用方便、固化快、粘结力强等优点,主要用于建筑、电子、新能源和汽车等领域。高温胶具有优异的耐高低温、耐候性、抗压缩水久变形性以及良好的电气性能,因此广泛应用于电子电器、电力、汽车、医疗、日用品以及航空航天等领域。硅油是一种油状物,广泛应用于纺织、日化、机械加工、化工、电子电气等行业。硅烷偶联剂在光伏、玻璃纤维、橡胶、塑科、铸造、高级油漆、石材等行业得到广泛应用。硅树脂具有优良的耐热、耐寒、耐候、憎水等特性,主要作为绝缘漆浸渍H级电机及变压等线圈,以及用于浸渍玻璃布、玻布丝及石棉布后制成电机套管、电器绝缭绕组等。

根据中国有色金属工业协会硅业分会的数据显示,2020年我国有机硅下游细分产品中,室温胶占比最大,达41.7%;其次为高温胶,占比为30.4%;硅油、液体胶、硅树脂及其他产品占比分别为22.0%、3.2%、2.7%。

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有机硅中间体主要为二甲基环硅氧烷混合环体(DMC)、硅醚(MM)、六甲基环三硅氧烷(D3)、八甲基环四硅氧烷(D4)、十甲基环五硅氧烷(D5)等硅氧烷系列产品。其中,硅氧烷是有机硅的重要中间体,其产销情况最能表征有机硅产业的发展。1吨甲基氯硅烷约能生产0.45吨硅氧烷,国内统计中一般用DMC进行折算。

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根据全国硅产业绿色发展战略联盟的数据显示,2012~2021年,中国有机硅单体产能年复合增长率为6.3%,近5年复合增长率为8%。截至2021年底,中国有机硅单体产能达到381万吨/年,同比增长15.28%,约占全球有机硅单体产能的61.6%。

2012~2021年,中国有机硅单体产量年复合增长率为10.26%,近5年复合增长率为8.9%。截至2021年底,中国有机硅硅氧烷产量达到159万吨,同比增长18.83%。此外,中国有机硅单体装置负荷率持续上升,2021年负荷率高达近90%。

从需求端看,近十余年,我国的有机硅产品需求较为旺盛,需求量保持了快速增长。根据中国有色金属工业协会硅业分会的统计数据,2020年中国有机硅表观消费量66万吨,占国内工业硅消费总量的40%,同比增长11.0%;2015-2020年的CAGR为11.1%。

随着中国经济转型的逐步推进,居民收入水平的快速提升,以及“中国制造2025”、“一带一路”国家战略的稳健实施,中国有色金属工业协会硅业分会预计我国有机硅表观消费量仍将保持中高速增长。

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铝合金产业链

硅与其他金属可以制成合金,以此提升其金属性能,主要包括:硅铝合金、硅铜合金、硅铁合金、硅锰合金等。其中,硅铝合金是合金硅行业的主要产品。铝硅合金是一种以铝、硅为主要成分的锻造和铸造合金,含硅量为11%左右,同时加入少量铜、铁、镍以提高钢材强度。

铝合金主要应用于汽车制造产业。由于铝合金具有减重效果好、安全性能好等突出优点,成为汽车轻量化目标的主要应用材料。铝制零部件可以应用在汽车的各个方面,包括车身、发动机壳体、底盘、电池组外壳等。相对于内燃机汽车,新能源汽车用铝强度和变形铝合金占比均更高。据中汽协数据,2021年我国新能源汽车产销分别达到354.5万辆和352.1万辆,同比增长均为1.6倍,其中纯电动和插电式混合动力汽车产销均呈高速增长势头。随着轻量化的进一步发展,汽车制造方面对铝合金的需求也会逐步抬高。

中国是铝及铝合金产品行业生产大国,根据数据显示,中国铝合金产量从2014年的635万吨上升至2019年的846万吨,年复合增速达到5%。2020年我国铝硅合金产量达899万吨,同比增长6.26%。铝合金产品广泛应用于汽车轻量化发展、电子消费品增长、建筑材料等领域。根据中国有色金属工业协会硅业分会的数据显示,2014-2019年我国工业硅在铝合金合金领域消费量年复合增长9.9%。

新能源汽车作为近几年政府主要扶持的重点领域之一,对铝合金材料的需求日益增加。续航里程为新能源汽车用户较为关注的方面,为了提升其续航里程,则需要搭载更多蓄电池以提供电力,而蓄电池数量的增加造成车身重量加大,行驶效率降低、能耗上升,从而增加了电池损坏的风险与电池更换的次数,行车成本相应上涨。减轻车重成为发展兴能源汽车行业与推进新能源汽车使用率的必要途径,铝合金产品在汽车制造领域的应用有望迎来快速发展期。

根据中国有色金属工业协会硅业分会的数据显示,2019年我国工业硅在铝合金合金领域消费量为46万吨,同比下滑8.0%,2014-2019年复合增长9.9%。而在2020年,由于新冠肺炎的疫情,全球汽车处于低迷态势导致铝合金领域工业硅消费量呈现下跌趋势,达到45万吨。

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