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                      氣體知識

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                      光纖預制棒及相關電子氣體使用問題

                      2008-8-15 19:07:00

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                      隨著30年光通信產業的迅速發展,我國光纖預制棒產業取得了較大發展,但是,在生產效率、原創技術、制造成本等方面與國際領先水平還有很大差距。為此,我們約請業內專家及企業代表從行業的角度審視國內光纖預制棒產業發展現狀,存在的瓶頸,并給出企業突破瓶頸的辦法,以期推動整個行業的發展。

                          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廠商是否能成功掌握低成本的預制棒生產技術,這一點也給我們指出了光纖預制棒產業的突破方向。 原材料本地化是降低生產成本主要因素

                          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廠家都用了SOOT(套管)外包層技術(如江蘇法爾勝、杭州富通)。由于SOOT外包層技術和設備已經有商品,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外包層技術生產的。即氣態鹵化物(SiCl4等)通過氫氧焰或甲烷焰進行反應,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是外包層技術生產中的主要原材料,占制造光纖預制棒成本的30%左右,其次是H2(氫氣),O2(氧氣)和可以循環使用的HCl(氯化氫氣),Cl2(氯氣)反應鏈。
                          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生產,將三氯氫硅(SiHCl3)生產為多晶硅,生產中產生的副產物SiCl4經過二級精餾和全循環“充裝管閥系統”提純為光纖用的高純SiCl4。
                          隨著太陽能光伏產業和集成電路的迅猛發展,多晶硅在我國發展很快,截至2008年3月全國共有16個省市自治區投資33個多晶硅建設項目,按這些項目計劃產能統計,如果全部建成投產后,其產量為14.6萬噸,筆者認為其中只有極少數項目已經投產,如果我們取其10%計算的話,幾年后,實現1.5萬噸多晶硅產量是可行的。根據生產數據顯示,生產1公斤多晶硅可產出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,每年有數萬噸以上四氯化硅可作為光纖生產用,這種粗料SiCl4經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。
                          還有一個值得借鑒的方法,德國德固薩公司是世界上專業生產SiCl4產品的企業,光纖和半導體用四氯化硅產品的年生產能力達到15萬噸。他們的工藝是利用在生產氣相白炭黑過程中產生的氯化氫氣體與硅粉反應,通過反應溫度的控制生成85%SiCl4,15%的SiHCl3。生成的SiCl4一部分用于生產氣相白炭黑,另一部分經提純后用于生產石英玻璃和作為光纖預制棒原料。生成的SiHCl3用于生產有機硅。生產氣相白炭黑和有機硅過程產生的HCl氣體又回到與硅粉反應的工序中,形成整個生產過程中的閉路循環,既降低了生產成本又保護了生產環境。
                          目前,我國主要有兩三家企業在進口德國德固薩公司產品,數量在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公司的技術生產石英圓筒,采用長飛RIC的規?;a,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鍵
                          氦氣在光纖制造工藝中被廣泛應用: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(去氫);在光纖高速拉絲工藝中作熱轉移氣體等。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,想方設法通過氦氣的回收,再生系統的處理,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

                          開發新工藝新設備促進光棒產業發展

                          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業的發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展特別要注意以下幾方面:
                          第一,開發節能降耗的預制棒新工藝、新設備。
                          美國有關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計方面存在很多不理想的地方,諸如非連續操作,工時和原材料都有浪費,預制棒的棒頭棒尾也都很浪費等。
                          開發高生產效率、低成本的預制棒技術,開發多組多燈頭大長度SOOT沉積設備系統,發展大直徑(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工時,增加連續生產時間,提高原材料利用率。這里應特別指出,應根據國情和企業現況發展,找出合理的高生產效率、低成本的預制棒生產技術工藝路線。

                          第二,增強環保意識,循環利用資源,強調可持續發展。
                          在國家支持和企業合作的基礎上,在發揮我國專利技術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,專業生產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、堿生產燒堿產生的副產品HCl與Si硅合成SiCl4,并與另一副產品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,既節約了資源、能源,降低了生產成本,又達到環保的目的。
                      此種工藝符合可持續發展的原則,根據作者的調查和經驗認為:實施這個項目的可行性很大,在資源、技術和人才等方面已經基本具備條件。
                         
                          第三,國家支持,企業合作,再接再厲。
                          近幾年我國在預制棒領域取得了一些進步,但是,在生產效率、原創技術、制造成本等方面與國際領先水平還有很大差距,自主知識產權的技術有待進一步研究開發,預制棒設備、上游原材料還是薄弱環節,市場競爭力也很脆弱。希望國家有關部門繼續支持我國預制棒、光纖、原材料及相關技術/設備的研究攻關,立足“中國制造,中國創造”的精神,建立中國光纖預制棒產業,進一步提升自主創新技術,為光纖產業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,光纖及預制棒產業大有可為。

                          相關鏈接

                          我國光纖預制棒產業發展現狀

                          “十五”期間,國家大力支持光纖預制棒產業化技術發展,各企業在引進的基礎上消化吸收、創新發展,形成了各具特色的“兩步法”預制棒工藝。如法爾勝開發了MCVD+OVD和OVD+OVD技術及設備,并基本實現了產業化;富通開發了全合成外沉積(VAD+OVD)技術及設備,并實現了VAD芯棒產業化;長飛開發了PCVD+RIC技術及設備,實現PCVD芯棒產業化和RIC的規?;a能。
                          目前我國的預制棒產能約相當于2000萬公里單模光纖。但是,我國仍然大量進口光纖預制棒,據海關統計數據:我國2007年進口已經達到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,反而創歷史新高。1995年—2007年期間,我國國產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的發展中偏重了第一步———芯棒,它決定預制棒的質量,它具有技術含量高,難度大,掌握周期長的特點。而第二步—外包層技術,是決定預制棒成本的要素,技術單一,大規模低成本生產是它的特征。因此,要用芯棒制造技術加上外包層技術才能全面說明當前光纖預制棒制造工藝的技術和經濟特征。
                          現以PCVD+套管(RIT/RIC)預制棒技術為例,從工藝上看,PCVD/RIC技術,比較優越和簡單,省下了兩步法工藝中的生產外套管(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廠商是否能成功掌握低成本的預制棒生產技術,這一點,給我們指出了光纖預制棒產業的突破方向。

                       
                       
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