導(dǎo)語

盼“硅”期，一起學(xué)

作為有色金屬研究員，工業(yè)硅，這個(gè)在下游消費(fèi)上與“光伏-硅基材料-鋁合金”掛鉤的新品種，讓人異常興奮。工業(yè)硅的消費(fèi)增速在未來十年的確定性非常樂觀、非常積極，在整個(gè)工業(yè)品里它的未來很閃亮。與傳統(tǒng)有色金屬相比，研究工業(yè)硅最難的地方是跨板塊，即跨化工(有機(jī)硅)、黑色(硅鐵合金)、有色新能源消費(fèi)三大方向。學(xué)習(xí)過程里，新的知識(shí)領(lǐng)域很多，不僅要了解工業(yè)硅的產(chǎn)消，也要了解光伏產(chǎn)業(yè)鏈條、有機(jī)硅行業(yè)的發(fā)展，即便市場認(rèn)為最好接觸的鋁合金行業(yè)，實(shí)際業(yè)內(nèi)對(duì)其產(chǎn)消的統(tǒng)計(jì)也偏粗線條。通過學(xué)習(xí)盡可能多的資料，我們將整合基礎(chǔ)知識(shí)，綜合認(rèn)識(shí)，與市場一起學(xué)好工業(yè)硅。

(資料圖)

本期要點(diǎn)：

什么是工業(yè)硅？工業(yè)硅的分類(國家標(biāo)準(zhǔn)、終端消費(fèi)、等外硅與再生硅)；

工業(yè)硅的上游生產(chǎn)(基本工藝、成本基本構(gòu)成)、下游消費(fèi)領(lǐng)域(三個(gè)主要方向)。

1. 什么是工業(yè)硅？工業(yè)硅的分類

工業(yè)硅，又稱金屬硅，是由硅石(SiO2)經(jīng)碳質(zhì)還原劑(石油焦、洗精煤、木炭等)在礦熱爐中還原所得，硅含量不小于 98.7%。工業(yè)硅是生產(chǎn)有機(jī)硅、多晶硅的最重要原料，也是鑄造鋁合金、變形鋁合金中的原料。

工業(yè)硅呈暗灰色、具有金屬光澤，雖貌似金屬，但化學(xué)反應(yīng)中更多顯示非金屬性質(zhì)，導(dǎo)電率介于金屬和非金屬之間，通常被稱為半金屬，即半導(dǎo)體屬性。硅在 650℃以下不導(dǎo)電，可作絕緣材料；超過 650℃開始導(dǎo)電，隨溫度升高導(dǎo)電性不斷提高。硅熔點(diǎn)1683℃，沸點(diǎn) 2628℃，密度 2330 kg/m3。

中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，金屬硅的產(chǎn)量在有色金屬產(chǎn)品序列中排在鋁、銅、鋅、鉛之后，是我國第五大有色金屬品種。有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2021 年，我國工業(yè)硅產(chǎn)量 261 萬噸，當(dāng)年同比增長 24.3%。

工業(yè)硅的分類：

1)國家標(biāo)準(zhǔn)：

工業(yè)硅是由硅石經(jīng)碳質(zhì)還原劑在礦熱爐中還原所得，冶煉過程實(shí)際是對(duì)硅單質(zhì)的提純。不同企業(yè)生產(chǎn)出的工業(yè)硅僅在硅含量的高低、雜質(zhì)含量、以及粒度大小上有所區(qū)別。中國工業(yè)硅產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)明確，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 2881-2014)，工業(yè)硅以硅含量及 3 種主要雜質(zhì)鐵、鋁、鈣含量的不同，分為 5530#、4410#、4210#、3303#、2202#等規(guī)格；該標(biāo)準(zhǔn)主要用于配置合金、制取多晶硅和生產(chǎn)有機(jī)硅等。

2)終端用途：

按照終端用途，工業(yè)硅可分為冶金級(jí)、化學(xué)級(jí)兩大品類。冶金級(jí)以鑄造鋁合金為主，變形鋁合金及其他金屬合金中也有少量添加，加入工業(yè)硅的目的是提高金屬流動(dòng)性及韌性?；瘜W(xué)級(jí)主要運(yùn)用在硅基新材料方向，即有機(jī)硅(硅基材料替代碳基材料)、多晶硅(硅基材料生產(chǎn)能源)領(lǐng)域。

冶金級(jí)硅主要考慮的是工業(yè)硅中鐵、鈣元素的雜志含量，并以鈣為關(guān)鍵。其中，ADC12 牌號(hào)的典型再生鑄造鋁合金，主要使用 553#工業(yè)硅和等外硅。A356.2 牌號(hào)原生鑄造鋁合金，主要使用 441#、3303#工業(yè)硅。而變形鋁合金則對(duì)工業(yè)硅中磷等元素有所要求，通常使用雜質(zhì)含量更少的 2502#、2202#工業(yè)硅。

化學(xué)級(jí)硅用于生產(chǎn)有機(jī)硅和多晶硅。其中，有機(jī)硅主要使用 421#、411#、 521#等牌號(hào)的工業(yè)硅，相比鋁合金，對(duì)鋁元素的含量要求更高，通常在 0.2%以下。有機(jī)硅不僅要求鐵、鋁、鈣的含量，還會(huì)要求鈦、磷、硼等微量元素的含量；而多晶硅生產(chǎn)相當(dāng)于對(duì)硅進(jìn)行提純，對(duì)工業(yè)硅的牌號(hào)沒有嚴(yán)格要求，對(duì)一些微量元素有要求，比如影響光電轉(zhuǎn)換效率的硼以及碳等。市場更感興趣的多晶硅，目前以消費(fèi) 421#工業(yè)硅為主，521#、441#、553#以及硅含量在 99%左右的 99 硅也有廣泛使用。隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步和成本控制的需要，部分冶金級(jí)工業(yè)硅逐漸成為多晶硅產(chǎn)業(yè)的主流消費(fèi)規(guī)格。

3)等外工業(yè)硅與再生硅

在工業(yè)硅供應(yīng)上，隨著下游技術(shù)水平的進(jìn)步，市場對(duì)工業(yè)硅品味的要求逐漸降低，出現(xiàn)了國標(biāo)以外的等外工業(yè)硅，如 97 硅、再生硅。其中，作為低端市場的替代品，97 硅又稱等外硅，是由硅石和蘭炭在電熱爐內(nèi)冶煉成的產(chǎn)品，其主成分硅含量要比金屬硅低一些，在 98%左右，其余雜質(zhì)包括鐵、鋁、鈣等元素，主要用途為非鐵基合金的添加劑，也可以替代金屬硅使用，如再生鋁合金領(lǐng)域。鐵合金在線樣本統(tǒng)計(jì)，2022 年 3 月全國 97 硅工廠 51 臺(tái)礦熱爐正常開工 40 臺(tái)，單月產(chǎn)量約 25650 噸，占比約為該機(jī)構(gòu)金屬硅產(chǎn)量的 9.22%。2021 年，其國內(nèi)主要生產(chǎn)情況如下：

隨著光伏行業(yè)的發(fā)展、多晶硅新增產(chǎn)能的投放，近年來工業(yè)硅的回收體系也在逐漸完善，作為廢料回收產(chǎn)品，再生硅的產(chǎn)量逐步增加。再生硅，是工業(yè)硅磨粉、多晶硅以及硅片切片等環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的廢料經(jīng)過中頻爐回爐熔煉后所得，其名義硅含量在 99%左右。

SMM 數(shù)據(jù)顯示，2021 年我國工業(yè)硅產(chǎn)量為 317 萬噸，其中 97 硅產(chǎn)量 18 萬噸，再生硅產(chǎn)量 8.5 萬噸，分別占 5.7%、2.7%。

不過，需要注意，97 硅在冶煉過程中粒度過大，存在成渣量多、出爐困難、硅回收率降低、能耗增大以及爐底上漲等各種問題，影響 97 硅的產(chǎn)品質(zhì)量、持續(xù)生產(chǎn)。而再生硅在目前工業(yè)硅的供應(yīng)中占比較小，主要來自下游生產(chǎn)的再回收環(huán)節(jié)，部分產(chǎn)量也直接納入金屬硅?，F(xiàn)階段，供應(yīng)量統(tǒng)計(jì)主要圍繞符合國家標(biāo)準(zhǔn)的各牌號(hào)的工業(yè)硅產(chǎn)量。

2. 簡看工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)鏈

2.1 工業(yè)硅的上游生產(chǎn)

1)生產(chǎn)工藝

工業(yè)硅是將硅石原料經(jīng)過水洗、篩分和干燥后，根據(jù)所選的還原劑(石油焦、洗精煤、木炭等)，按照不同的比例進(jìn)行原料配比，混勻后進(jìn)入電爐冶煉出來的，實(shí)質(zhì)是礦熱爐內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的電熱化學(xué)反應(yīng)，其方程式如下：

SiO2+2C=Si+2CO↑

通電后的礦熱爐電極釋放出電火花，達(dá)到 1800 攝氏度以上的高溫，加熱電爐內(nèi)的物料；在此過程中，硅被還原出來并呈液態(tài)。液態(tài)硅在初步冶煉后再進(jìn)行精煉，降低其中的鋁、鈣雜質(zhì)含量；最后硅錠冷卻脫模，進(jìn)行破碎、 分級(jí)、包裝、稱量、入庫等工序。

工業(yè)硅礦熱爐，即電弧爐，行業(yè)龍頭合盛硅業(yè)多用 33000kVA、 25000kVA、12500kVA 爐型。按部分省市新增工業(yè)硅合規(guī)產(chǎn)能要求，新疆、云南、內(nèi)蒙古等區(qū)域要求新建爐需滿足 25000kVA 以上大小。

2) 原料成本

工業(yè)硅生產(chǎn)成本主要是原料采購(硅石、還原劑、石墨電極)與電力消耗兩大部分，其中：

硅石：工業(yè)硅的原料硅石分為石英石、鵝卵石兩種，每生產(chǎn) 1 噸工業(yè)硅需要 2.7-3 噸硅石(龍頭合盛硅業(yè)消耗 2.4-2.6 噸)。

還原劑(石油焦、洗精煤、木炭等)：不同地區(qū)工業(yè)硅生產(chǎn)企業(yè)所選用的碳質(zhì)還原劑有所不同，主要種類包括石油焦、洗精煤、木炭等；每生產(chǎn) 1 噸工業(yè)硅需要消耗大約 2 噸還原劑；工藝上，云南地區(qū)電弧爐生產(chǎn)需要添加木炭，新疆地區(qū)直流電弧爐通常選用石油焦代替木炭。

石墨電極：工業(yè)硅冶煉通常使用普通功率石墨電極，每噸工業(yè)硅大概需要消耗 0.1-0.13 噸電極(龍頭合盛硅業(yè) 0.06-0.09 噸)。

電耗：工業(yè)硅生產(chǎn)耗電量大，單位電耗在 11000-13000 度左右。

其他(人工及折舊)：人工、折舊及維修費(fèi)用合計(jì)在 1800-2500 元/噸間，占總成本約 8-12%。

新疆、云南是我國工業(yè)硅兩大主產(chǎn)區(qū)，以下列出 2021 年 10 月下旬新疆 553#工業(yè)硅成本模型：

不同牌號(hào)工業(yè)硅的生產(chǎn)成本不同。新疆 421#工業(yè)硅，在原料選擇方面，與 553#相比，所選硅石、洗精煤原料價(jià)格更高，尤其洗精煤，單價(jià)高出 2200元/噸、成本占比達(dá)到 38%；同時(shí)段 2021 年 10 月，新疆 421#核算的合計(jì)成本約為 22950 元/噸。

不同地區(qū)同一牌號(hào)工業(yè)硅的生產(chǎn)成本不同。421#工業(yè)硅是云南省工業(yè)硅主產(chǎn)型號(hào)，與新疆相比，云南產(chǎn)區(qū)的 421#工業(yè)硅電價(jià)因枯峰水期波動(dòng)略高于新疆，但整體電耗占比較低，約占 29%。同時(shí)，相比新疆，云南工業(yè)硅還原劑的選擇增加了木炭(多為緬甸進(jìn)口)，其石油焦、木炭、洗精煤各占總成本的 13%、12%、11%。因此，同時(shí)段 2021 年 10 月，云南 421#核算的合計(jì)成本約為 19947 元/噸。

生產(chǎn)成本、硅石品質(zhì)、爐型分布上的差異，決定了我國西北、西南兩大工業(yè)硅生產(chǎn)區(qū)域供應(yīng)的主力牌號(hào)不同，新疆以553#為主，云南以421#為主。廣期所擬上市工業(yè)硅在牌號(hào)選擇上，擬為 421#確定 2000 元/噸交割升水。

2.2 工業(yè)硅的下游消費(fèi)

工業(yè)硅的主要消費(fèi)領(lǐng)域是有機(jī)硅、多晶硅和鑄造鋁硅合金。

我國是全球工業(yè)硅最大的生產(chǎn)國、消費(fèi)國，SMM 數(shù)據(jù)顯示，2021 年全球工業(yè)硅產(chǎn)量為 408 萬噸，我國占比約 77.1%，達(dá)到 317 萬噸。(此數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)涵蓋 97 硅、再生硅，樣本大于有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)) 。

全球工業(yè)硅產(chǎn)銷規(guī)模基本平衡，就主要消費(fèi)領(lǐng)域，以 2020 年為例，全球耗硅量最大的是有機(jī)硅，占比為 39%；排第二的是鋁合金行業(yè)，占比 37%；全球看，多晶硅是工業(yè)硅第三大消費(fèi)領(lǐng)域，占比 18%，但其消費(fèi)處于高速增長階段，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

與全球相比，我國下游消費(fèi)可承接的工業(yè)硅產(chǎn)量大，消費(fèi)結(jié)構(gòu)與全球消費(fèi)結(jié)構(gòu)類似，2020 年我國有機(jī)硅、合金硅、多晶硅的消費(fèi)占比分別為 37%、29%、26%。三大消費(fèi)領(lǐng)域中，我國多晶硅耗硅量占比明顯高于全球，凸顯了中國多晶硅生產(chǎn)全球聚集性強(qiáng)的特點(diǎn)。

簡要介紹三大消費(fèi)方向：

1)有機(jī)硅

有機(jī)硅是目前工業(yè)硅消費(fèi)的第一大領(lǐng)域，其中間、終端應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要消費(fèi)方向涵蓋建筑、電子、家電、電力、醫(yī)療、個(gè)護(hù)、紡織等方面。有機(jī)硅的消費(fèi)方向反映了工業(yè)硅價(jià)格分析的跨板塊特點(diǎn)，即跨化工領(lǐng)域-硅化工。

硅化工是硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心基礎(chǔ)，硅化學(xué)是元素有機(jī)化學(xué)的最主要分支。硅與碳同屬第四主族，硅較碳性質(zhì)相似，但更為穩(wěn)定，屬于非金屬過渡元素，這決定了它的性能。以開發(fā)利用硅材料為目的產(chǎn)業(yè)活動(dòng)都屬于硅產(chǎn)業(yè)，未來的新基建消費(fèi)升級(jí)將為有機(jī)硅材料帶來巨大機(jī)遇。

2)多晶硅

市場最關(guān)注、最期待的工業(yè)硅消費(fèi)方向是廣泛應(yīng)用在光伏發(fā)電的多晶硅，目前國內(nèi)消費(fèi)占比排在第三，多晶硅的消費(fèi)增速更快，即將在消費(fèi)量上超過有機(jī)硅。多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)主要為改良西門子法和硅烷法，我國多晶硅使用工業(yè)硅粉的比例在 1.08-1.15 不等。多晶硅料可分為光伏級(jí)多晶硅料、電子級(jí)多晶硅料，前者運(yùn)用在光伏材料中，后者主要與集成電路有關(guān)。這兩者的區(qū)別主要是純度不同，光伏級(jí)多晶硅料低于電子級(jí)，半導(dǎo)體工業(yè)用硅必須進(jìn)行高度提純。

在光伏應(yīng)用方面，晶體硅光伏發(fā)電包含單晶硅片發(fā)電、多晶硅片發(fā)電兩類。其中多晶硅、單晶硅同屬于晶體硅，多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，兩者都具備導(dǎo)電性，但多晶硅導(dǎo)電性遠(yuǎn)低于單晶硅，在機(jī)械、光學(xué)、熱性能上表現(xiàn)也不如單晶硅。太陽能電池發(fā)電的主要利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，單晶硅規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的光電轉(zhuǎn)換效率為 18%，理論最高可達(dá) 25%，是有種類的太陽能電池中最高的。但在行業(yè)發(fā)展初期，單晶硅的生產(chǎn)成本偏高，未實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，而多晶產(chǎn)品依靠價(jià)格優(yōu)勢，在一段時(shí)間內(nèi)長期占據(jù)市場主導(dǎo)地位。2017 年后，隨著硅料生產(chǎn)工藝、拉棒工藝和切割工藝的不斷進(jìn)步，單晶硅生產(chǎn)成本迅速下降，同時(shí)新一代電池技術(shù)的發(fā)展，也讓單晶硅片的光電轉(zhuǎn)換效率得到提高，由此 2017 年-2021 年我國單晶硅在光伏硅片市場的占比從 20%提高到 94.9%，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多晶硅片的全面替代。

在半導(dǎo)體應(yīng)用方面，硅、鍺、砷化鎵都是目前最常用的半導(dǎo)體材料，但其他材料只能用于特定場景，比如砷化鎵只用于高速、非常大規(guī)模的集成電路設(shè)計(jì)；鍺由于溫度敏感性強(qiáng)，也只用于某些特定場景。隨著制造技術(shù)的改進(jìn)，硅因其熱穩(wěn)定性和可用性，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)和通訊行業(yè)，在半導(dǎo)體行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位。

3)鑄造鋁合金

鑄造鋁合金是工業(yè)硅的第三大消費(fèi)方向，也是消費(fèi)量長期表現(xiàn)最穩(wěn)定的。當(dāng)硅用作材料添加劑，可以使得制成的鋁合金更有韌性而不易碎裂。這一方向的運(yùn)用，與有色金屬鋁品種的產(chǎn)消高度相關(guān)，鋁合金主要應(yīng)用在汽車、摩托車、鋁合金壓鑄行業(yè)，同時(shí)還用于變形鋁合金中的鋁棒、鋁板帶、鋁門窗及航空航天等領(lǐng)域。

除三大常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域外，資本市場關(guān)注的其他前沿應(yīng)用方向，還包括硅碳負(fù)極。當(dāng)前傳統(tǒng)石墨負(fù)極電池技術(shù)接近瓶頸，難以提升能量密度，下游電池企業(yè)正在積極應(yīng)用硅碳負(fù)極，未來硅碳負(fù)極或?qū)⒊蔀榇笠?guī)模應(yīng)用的新型負(fù)極材料之一。

資料致謝：廣州期貨交易所、SMM、百川盈孚、鐵合金在線、安泰科

（文章來源：國投安信期貨）

關(guān)鍵詞： 有色金屬