光纖預制棒及相關(guān)電子氣體使用問題

隨著30年光通信產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，我國光纖預制棒產(chǎn)業(yè)取得了較大發(fā)展，但是，在生產(chǎn)效率、原創(chuàng)技術(shù)、制造成本等方面與國際領(lǐng)先水平還有很大差距。為此，我們約請業(yè)內(nèi)專家及企業(yè)代表從行業(yè)的角度審視國內(nèi)光纖預制棒產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，存在的瓶頸，并給出企業(yè)突破瓶頸的辦法，以期推動整個行業(yè)的發(fā)展。

    華倫集團高級顧問朱君灝
    如果不考慮人民幣升值因素，光纖預制棒未來價格走勢取決于國內(nèi)廠商是否能成功掌握低成本的預制棒生產(chǎn)技術(shù)，這一點也給我們指出了光纖預制棒產(chǎn)業(yè)的突破方向。 原材料本地化是降低生產(chǎn)成本主要因素

    目前，幾乎所有用外部氣相沉積工藝(OVD)、氣相軸向沉積工藝(VAD)制造光纖芯棒的生產(chǎn)廠家都用了SOOT（套管）外包層技術(shù)(如江蘇法爾勝、杭州富通)。由于SOOT外包層技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)有商品，許多用化學氣相沉積工藝（MCVD）制造芯棒的廠家也紛紛用SOOT代替了套管。長飛用微波等離子體化學氣相沉積工藝(PCVD)/大套管真空拉絲(RodInCylinder，RIC)，套筒(Cylinder)也是SOOT外包層技術(shù)生產(chǎn)的。即氣態(tài)鹵化物(SiCl4等)通過氫氧焰或甲烷焰進行反應(yīng)，生成大量的“粉末”，隨著棒體沿著燃燒器的來回運動，而逐漸一層一層沉積在芯棒的外表面。SiCl4是外包層技術(shù)生產(chǎn)中的主要原材料，占制造光纖預制棒成本的30%左右，其次是H2(氫氣)，O2(氧氣)和可以循環(huán)使用的HCl(氯化氫氣)，Cl2(氯氣)反應(yīng)鏈。
    光纖用高純四氯化硅特性(SiCl4)在常溫、常壓下呈無色透明液體，具有極佳的流動性。目前，通常使用改良的西門子法技術(shù)生產(chǎn)，將三氯氫硅(SiHCl3)生產(chǎn)為多晶硅，生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物SiCl4經(jīng)過二級精餾和全循環(huán)“充裝管閥系統(tǒng)”提純?yōu)楣饫w用的高純SiCl4。
    隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)和集成電路的迅猛發(fā)展，多晶硅在我國發(fā)展很快，截至2008年3月全國共有16個省市自治區(qū)投資33個多晶硅建設(shè)項目，按這些項目計劃產(chǎn)能統(tǒng)計，如果全部建成投產(chǎn)后，其產(chǎn)量為14.6萬噸，筆者認為其中只有極少數(shù)項目已經(jīng)投產(chǎn)，如果我們?nèi)∑?0%計算的話，幾年后，實現(xiàn)1.5萬噸多晶硅產(chǎn)量是可行的。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，生產(chǎn)1公斤多晶硅可產(chǎn)出8公斤四氯化硅(SiCl4)那么，每年有12萬噸四氯化硅。當然其中一部分四氯化硅在高溫，氫氣氣氛下能(銅催化)把四價硅還原為三價硅—三氯氫硅，那么，每年有數(shù)萬噸以上四氯化硅可作為光纖生產(chǎn)用，這種粗料SiCl4經(jīng)過二級精餾嚴格提純，以除去有害的過渡金屬離子、含氫化合物和碳氫化合物等有害雜質(zhì)。
    還有一個值得借鑒的方法，德國德固薩公司是世界上專業(yè)生產(chǎn)SiCl4產(chǎn)品的企業(yè)，光纖和半導體用四氯化硅產(chǎn)品的年生產(chǎn)能力達到15萬噸。他們的工藝是利用在生產(chǎn)氣相白炭黑過程中產(chǎn)生的氯化氫氣體與硅粉反應(yīng)，通過反應(yīng)溫度的控制生成85%SiCl4，15%的SiHCl3。生成的SiCl4一部分用于生產(chǎn)氣相白炭黑，另一部分經(jīng)提純后用于生產(chǎn)石英玻璃和作為光纖預制棒原料。生成的SiHCl3用于生產(chǎn)有機硅。生產(chǎn)氣相白炭黑和有機硅過程產(chǎn)生的HCl氣體又回到與硅粉反應(yīng)的工序中，形成整個生產(chǎn)過程中的閉路循環(huán)，既降低了生產(chǎn)成本又保護了生產(chǎn)環(huán)境。
    目前，我國主要有兩三家企業(yè)在進口德國德固薩公司產(chǎn)品，數(shù)量在1000噸左右，隨著光纖市場的快速增長，以去年進口970噸預制棒計算的話，如果采用德國的Heraeus公司的技術(shù)生產(chǎn)石英圓筒，采用長飛RIC的規(guī)?；a(chǎn)，估計需要15000噸—18000噸四氯化硅，大約耗費幾千萬美元以上。這里應(yīng)說明一下：使用VAD或OVD工藝制造預制棒外包層，其SiCl4耗量大約要少10%以上。如果高純SiCl4全部本地化后并爭取幾年后是進口價格的30%—50%，至少降低了安全儲運和灌裝租用的費用，作者認為是可行的。
    氦氣回收和再利用亦很關(guān)鍵
    氦氣在光纖制造工藝中被廣泛應(yīng)用：在光纖預制棒沉積工藝中作為載氣，在預制棒脫水燒積工藝中用氦氣清除多孔體中的殘留雜質(zhì)(去氫)；在光纖高速拉絲工藝中作熱轉(zhuǎn)移氣體等。由于氦氣在自然界中是稀有氣體，價格很高，最近幾年來又上漲了兩倍多，占制造光纖預制棒成本的25%以上。氦氣和高純SiCl4是預制棒成本的55%-60%。因此，想方設(shè)法通過氦氣的回收，再生系統(tǒng)的處理，重新投入使用，這可大大提高氦氣利用率，是降低預制棒成本。

    精彩觀點

    開發(fā)新工藝新設(shè)備促進光棒產(chǎn)業(yè)發(fā)展

    朱君灝

    目前我國的光纖需求量僅次于美國，今后將是世界上需求最大的市場，這為我國光纖及預制棒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的空間。同時，我們也看到，全世界光纖廠家的目光都注視著中國市場，圍繞爭奪我國市場的競爭是不可避免的?？紤]到當前以及未來的市場競爭，今后我國預制棒的發(fā)展特別要注意以下幾方面：
    第一，開發(fā)節(jié)能降耗的預制棒新工藝、新設(shè)備。
    美國有關(guān)專家研究了預制棒工藝中的原材料和能源消耗問題后指出：當前的光纖預制棒工藝設(shè)計方面存在很多不理想的地方，諸如非連續(xù)操作，工時和原材料都有浪費，預制棒的棒頭棒尾也都很浪費等。
    開發(fā)高生產(chǎn)效率、低成本的預制棒技術(shù)，開發(fā)多組多燈頭大長度SOOT沉積設(shè)備系統(tǒng)，發(fā)展大直徑(150毫米—200毫米)或大長度(大于2000毫米—棒棒相接法)光纖預制棒(可拉光纖2000公里—5000公里)技術(shù)已成為降低成本的有效方法，這種大預制棒可以減少多根預制棒的頭尾損耗，減少工藝運輸和安裝等非必要生產(chǎn)工時，增加連續(xù)生產(chǎn)時間，提高原材料利用率。這里應(yīng)特別指出，應(yīng)根據(jù)國情和企業(yè)現(xiàn)況發(fā)展，找出合理的高生產(chǎn)效率、低成本的預制棒生產(chǎn)技術(shù)工藝路線。

    第二，增強環(huán)保意識，循環(huán)利用資源，強調(diào)可持續(xù)發(fā)展。
    在國家支持和企業(yè)合作的基礎(chǔ)上，在發(fā)揮我國專利技術(shù)RIC條件下，為了最大限度降低預制棒成本，建立一個合成石英玻璃工廠，專業(yè)生產(chǎn)為光纖預制棒用的合成石英玻璃筒(管)，類似于HERAEUS公司在德國東部萊比錫建立的合成石英玻璃廠。它是利用食鹽作為原料，電解氯、堿生產(chǎn)燒堿產(chǎn)生的副產(chǎn)品HCl與Si硅合成SiCl4，并與另一副產(chǎn)品H2+O2合成石英玻璃，再將其尾氣HCl與NaOH（氫氧化鈉）中和，合成食鹽，形成無廢棄物排放的綜合利用之典范，既節(jié)約了資源、能源，降低了生產(chǎn)成本，又達到環(huán)保的目的。
此種工藝符合可持續(xù)發(fā)展的原則，根據(jù)作者的調(diào)查和經(jīng)驗認為：實施這個項目的可行性很大，在資源、技術(shù)和人才等方面已經(jīng)基本具備條件。
   
    第三，國家支持，企業(yè)合作，再接再厲。
    近幾年我國在預制棒領(lǐng)域取得了一些進步，但是，在生產(chǎn)效率、原創(chuàng)技術(shù)、制造成本等方面與國際領(lǐng)先水平還有很大差距，自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)有待進一步研究開發(fā)，預制棒設(shè)備、上游原材料還是薄弱環(huán)節(jié)，市場競爭力也很脆弱。希望國家有關(guān)部門繼續(xù)支持我國預制棒、光纖、原材料及相關(guān)技術(shù)/設(shè)備的研究攻關(guān)，立足“中國制造，中國創(chuàng)造”的精神，建立中國光纖預制棒產(chǎn)業(yè)，進一步提升自主創(chuàng)新技術(shù)，為光纖產(chǎn)業(yè)的做大做強提供必要的資金和政策支持。我們相信，隨著光纖到戶在全球范圍的大發(fā)展，長途干線市場也必將很快復蘇，光纖年需求量將有大幅度增長，光纖及預制棒產(chǎn)業(yè)大有可為。

    相關(guān)鏈接

    我國光纖預制棒產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

    “十五”期間，國家大力支持光纖預制棒產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展，各企業(yè)在引進的基礎(chǔ)上消化吸收、創(chuàng)新發(fā)展，形成了各具特色的“兩步法”預制棒工藝。如法爾勝開發(fā)了MCVD+OVD和OVD+OVD技術(shù)及設(shè)備，并基本實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化；富通開發(fā)了全合成外沉積(VAD+OVD)技術(shù)及設(shè)備，并實現(xiàn)了VAD芯棒產(chǎn)業(yè)化；長飛開發(fā)了PCVD+RIC技術(shù)及設(shè)備，實現(xiàn)PCVD芯棒產(chǎn)業(yè)化和RIC的規(guī)?；a(chǎn)能。
    目前我國的預制棒產(chǎn)能約相當于2000萬公里單模光纖。但是，我國仍然大量進口光纖預制棒，據(jù)海關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)：我國2007年進口已經(jīng)達到970多噸，而全年預制棒總需求量1200噸左右，進口比例達到80%，創(chuàng)歷史新高。這樣，長期依賴進口的不利局面非但沒有改變，反而創(chuàng)歷史新高。1995年—2007年期間，我國國產(chǎn)光棒的份額一直徘徊在10%—25%/年水平線上。
    我們在預制棒兩步法工藝制棒技術(shù)的發(fā)展中偏重了第一步———芯棒，它決定預制棒的質(zhì)量，它具有技術(shù)含量高，難度大，掌握周期長的特點。而第二步—外包層技術(shù)，是決定預制棒成本的要素，技術(shù)單一，大規(guī)模低成本生產(chǎn)是它的特征。因此，要用芯棒制造技術(shù)加上外包層技術(shù)才能全面說明當前光纖預制棒制造工藝的技術(shù)和經(jīng)濟特征。
    現(xiàn)以PCVD+套管(RIT/RIC)預制棒技術(shù)為例，從工藝上看，PCVD/RIC技術(shù)，比較優(yōu)越和簡單，省下了兩步法工藝中的生產(chǎn)外套管(筒)的投資，但是，高純度沉積用石英管和全合成石英套管(筒)需要外購或進口，成本比較高。造成了制棒不如買棒的局面。
    光纖預制棒未來價格走勢取決于國內(nèi)廠商是否能成功掌握低成本的預制棒生產(chǎn)技術(shù)，這一點，給我們指出了光纖預制棒產(chǎn)業(yè)的突破方向。