◎ 科技日報記者 張曄
4月21日晚，江蘇省連雲港市贛榆區傳出巨響。
科技日報記者從當地政府獲悉，系當地一家工廠發生火災，消防人員已在現場救援。記者獲得的一段視頻顯示，現場有明顯火光，隨後一個火球騰空而起，有劇烈爆炸聲傳出。
連雲港市贛榆區政府工作人員稱，系一家生產碳化硅的企業起火。涉事工廠是連雲港宏興研磨材料有限公司。天眼查信息顯示，該公司成立於2006年01月06日，註冊地位於贛榆區城頭鎮後黃墩村，法定代表人為胡玲玲。該企業主要加工並銷售石英砂和硅微粉。
無論是石英砂還是碳化硅，都是性狀十分穩定的物質，為何發生了燃爆？
南京工業大學材料科學與工程學院副教授孔勇分析認為，石英砂和碳化硅生產工藝都不復雜，一般不添加易燃易爆物質，但碳化硅生產過程中會產生一些副產物——一氧化碳。
此次燃爆事故的具體原因，仍有待相關專家調查。
碳化硅是什麼物質？
“石英砂就是沙子，硅微粉是石英砂粉碎後的產物，碳化硅是石英砂加入焦炭高溫燒製而來，它們的主要成分都是硅基無機非金屬材料。”南京工業大學材料科學與工程學院副教授孔勇告訴記者。
連雲港是我國重要的硅資源和硅材料產業基地，當地有大量的硅材料企業。石英砂和硅微粉是比較低端的產品，碳化硅附加值相對高一些，但是近年來該行業產能嚴重過剩。
由於天然含量非常少，碳化硅主要為人造。一般以石英砂、焦炭、木屑為原料，在電爐中加熱到2000℃左右，經過相應工藝流程後得到碳化硅微粉。1891年，人類首次在實驗中發現碳化硅時，誤認為是金剛石的混合體，故取名金剛砂。在大自然也存在罕見的碳化硅礦物，叫莫桑石。
因其化學性能穩定、導熱係數高、熱膨脹係數小、耐磨性能好且價格不貴，所以碳化硅的應用十分廣泛，主要有四大應用領域：功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。
“碳化硅陶瓷製品在航空航天、石油化工、微電子等領域有廣泛應用，如用作飛機剎車片、新一代半導體芯片等，此外常用它作為磨料和耐火材料。”孔勇介紹。
性狀穩定的硅產品為何燃爆？
“無論是石英砂、硅微粉還是碳化硅，它們都是耐高溫的無機非金屬材料，性狀十分穩定。”孔勇告訴記者。
石英砂的生產簡單，性狀穩定，發生燃爆的可能性非常低。硅微粉雖是將石英砂進行超細粉碎，顆粒直徑較小，但它本身已經是氧化物，且質量較大，不易飄浮在空氣中，發生粉塵爆炸的可能性也很低。
孔勇分析說，碳化硅的生產工藝流程不復雜，沒有加入大量易燃易爆物質，“但是，碳化硅生產過程中，會產生一些副產物，比如易燃易爆的一氧化碳。”
記者查詢發現，國外主要企業基本實現了封閉冶煉，而中國碳化硅冶煉幾乎全部是開放式冶煉，一氧化碳大多直排。
碳化硅產能過剩利潤微薄
由於技術門檻較低、資源豐富，我國的碳化硅生產企業較多，產能明顯過剩，企業利潤微薄。
記者查詢得知，僅2012年我國就有碳化硅冶煉企業200多家，年生產能力220多萬噸。加工制砂、微粉生產企業300多家，年生產能力200多萬噸。2012年，中國碳化硅產能利用率不足45%。
目前，我國碳化硅與世界先進水平的差距主要集中在四個方面：
- 一是在生產過程中很少使用大型機械設備，很多工序依靠人力完成；
- 二是在碳化硅深加工產品上，對粒度砂和微粉產品的質量管理不夠精細，產品質量的穩定性不夠；
- 三是某些尖端產品的性能指標與發達國家同類產品相比有一定差距；
- 四是冶煉過程中一氧化碳直接排放。
“以二氧化硅為例，沉澱二氧化硅價格約為7000元/噸，氣相二氧化硅的價格約為20000元/噸，二氧化硅氣凝膠達20萬元/噸，技術含量不同，附加值相差巨大。”孔勇告訴記者。
據瞭解，孔勇副教授目前正在研發的碳化硅氣凝膠，將緻密的碳化硅進行納米多孔化，質量僅有致密碳化硅的1/10，耐高溫和隔熱性能較高，極大地拓展了碳化硅材料的應用場景，處於國際前沿，有望用於航空航天等關鍵領域。
現今全球經濟放緩，硅材料企業利潤微薄，安全生產措施極有可能被忽視。孔勇建議，依靠科技創新實現硅材料產業轉型升級，是解決粗放式發展的根本路徑。
來源：科技日報
