簡(jiǎn)析國內(nèi)高純石英砂產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

高純石英因其產(chǎn)品具有耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹性、高度絕緣性和透光性等優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于光伏、電子信息、光通訊和電光源等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有重要地位和作用。

 

目前國內(nèi)對(duì)高純石英的定義并沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)。通常將SiO2含量大于99.95%、Fe2O3含量小于0.0001%、Al2O3含量小于0.01%的石英砂劃歸為高純石英砂。作為一種雜質(zhì)含量極低的高純石英，是一種稀有礦物，只有在滿足特定的化學(xué)和物理參數(shù)的地質(zhì)條件下才能形成，只有為數(shù)不多的礦床能夠?yàn)楦呒兪⒌募庸ぬ峁┰牧稀H上分布在美國北卡羅來納州Spruce Pine地區(qū)的花崗質(zhì)偉晶巖，是全球唯一受到阿樂漢尼綠片巖運(yùn)動(dòng)影響的高純石英礦床。

 

對(duì)于國內(nèi)，石英資源儲(chǔ)量豐富、種類多，但是質(zhì)量不高，多為石英巖、石英砂巖和天然石英砂。以前高純石英產(chǎn)品生產(chǎn)選用的原料主要為水晶，分布在四川、廣西、貴州、黑龍江等地區(qū)；但截至2017年底，天然水晶資源資源儲(chǔ)量?jī)H為0.69萬t。隨著我國水晶資源的枯竭，國內(nèi)開展了以SiO2含量為2N左右的其他石英礦物原料替代天然水晶加工高純石英的研究，如脈石英、石英巖等，仍未發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)價(jià)值的大型花崗偉晶巖礦床。

 

我國具有工業(yè)價(jià)值的高純石英（水晶、脈石英）礦床按其成因主要可分為：熱液含晶石英脈型礦床、碳酸鹽巖中熱液型水晶礦床、變質(zhì)流體含晶脈石英礦床三種。印支、燕山期巖漿活動(dòng)發(fā)育地區(qū)和強(qiáng)烈變質(zhì)巖發(fā)育地區(qū)是水晶、脈石英礦成礦有利地帶。根據(jù)我國已有水晶、脈石英礦床分布特征，劃分了庫衛(wèi)－清河、東昆侖、東秦嶺－大別、東海－贛榆、吉中—延邊、阿拉善、遼東、魯西隆起、武夷山、湘中等10個(gè)高純石英重點(diǎn)成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

 

由高純石英砂生產(chǎn)的石英管、單晶石英坩堝及石英器件等石英制品，是電光源行業(yè)中生產(chǎn)高端照明產(chǎn)品、光伏行業(yè)及半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)單晶硅過程中不可或缺的重要支撐材料。

 

高純度石英材料是半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵材料，在硅片制造過程中的擴(kuò)散、蝕刻等環(huán)節(jié)發(fā)揮關(guān)鍵作用。

 

石英材料在半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用

 

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、汽車電子、無人駕駛、5G、AR/VR及AI等多項(xiàng)創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展，半導(dǎo)體行業(yè)保持高景氣度。根據(jù)HIS Markit的統(tǒng)計(jì)，2017年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)營收規(guī)模為4290億美元，而近年來預(yù)計(jì)維持在3%左右的年增長率。

 

全球半導(dǎo)體營收預(yù)測(cè)

數(shù)據(jù)來源：IHDMarkit，AMFT，4Q17，西南證券整理

 

 

在光伏領(lǐng)域中，由于高純石英砂的耐高溫性及熱穩(wěn)定性良好，被主要用于制造拉制單晶硅用的石英坩堝。我國光伏產(chǎn)業(yè)目前已經(jīng)基本掌握太陽能電池制造、多晶硅生產(chǎn)等關(guān)鍵工藝技術(shù)，主要裝備逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速提升，生產(chǎn)成本持續(xù)下降，已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在太陽能電池行業(yè)快速增長的帶動(dòng)下，單晶硅石英坩堝的原料高純石英砂，市場(chǎng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大。預(yù)計(jì)到2020年光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到1370億美元。石英坩堝作為光伏組件的生產(chǎn)原料，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，石英坩堝的市場(chǎng)需求不斷增加。

 

2011—2019年全球光伏市場(chǎng)規(guī)模(億美元)

 

 

電光源石英制品可以用于生產(chǎn)紫外管，高純石英管，透明管燈，廣泛運(yùn)用于照明及特種光源行業(yè)，比如白熾燈、鹵素?zé)簟ID燈、殺菌設(shè)備以及半導(dǎo)體行業(yè)所用的LED燈等。隨著LED對(duì)白熾燈的替代加快，LED市場(chǎng)規(guī)模和滲透率不斷提升，預(yù)計(jì)到2020年滲透率將達(dá)63.9%。石英管作為LED的制作原料，市場(chǎng)需求也會(huì)不斷增加。

 

2009—2018年全球LED照明市場(chǎng)規(guī)模

 

據(jù)中國建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，我國石英產(chǎn)量逐年上升，2018年中國石英砂產(chǎn)量8255萬t，其中，普通石英砂產(chǎn)量3518萬t，精制石英砂產(chǎn)量3518萬t，普通高純石英砂(SiO2≥99.5%)產(chǎn)量達(dá)到636萬t，占比較低。

 

2014—2018年中國石英砂分品種產(chǎn)量圖(萬t)

 

高純石英砂產(chǎn)能嚴(yán)重不足，目前國內(nèi)僅有石英股份可以批量化生產(chǎn)高純石英砂。石英股份2009年投產(chǎn)高純石英砂，一舉打破了國外壟斷，成為國內(nèi)石英行業(yè)的龍頭企業(yè)。2017年公司實(shí)現(xiàn)高純石英砂銷售10677噸，營收達(dá)到0.36億元，同比增速108.04%，發(fā)展勢(shì)頭良好。盡管如此，礙于國內(nèi)高純度石英資源匱乏的緣故，石英股份所用的礦石基本來自國外采購。據(jù)公告披露，石英股份通過美國Unimin公司中國獨(dú)家代理商北京雅博進(jìn)口高純石英砂。

 

高純石英砂產(chǎn)能不足與需求的增長導(dǎo)致國內(nèi)高純石英砂不能滿足發(fā)展需求，目前主要依賴進(jìn)口。2018年高純石英(SiO2＞99.99%的硅)進(jìn)口量14萬t，出口量?jī)H0.18萬t。

 

2009—2018年我國含硅量≥99.99%的硅(HS28046190)進(jìn)、出口量統(tǒng)計(jì)(萬t)

 

我國高純石英砂資源匱乏，產(chǎn)能不足，嚴(yán)重依賴進(jìn)口。而其又是高端產(chǎn)業(yè)的支撐材料。是否可以考慮將高純石英納入關(guān)鍵礦產(chǎn)或戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)目錄清單，從政策法規(guī)和國家戰(zhàn)略層面，在高純石英找礦勘查、加工工藝、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面給予有力支持。

 

石英原料質(zhì)量評(píng)價(jià)體系不完善，至今尚未出臺(tái)統(tǒng)一產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)對(duì)高純石英砂原料選擇也具有一定的盲目性，單純的認(rèn)為純度2N的石英原料就能夠簡(jiǎn)單的選出高純石英砂，但往往投入大量財(cái)力物力也難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。純石英砂產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣與其原料中雜質(zhì)元素含量高低并非簡(jiǎn)單對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是與原料中雜質(zhì)的可選性有關(guān)。高純石英砂原料不能僅以SiO2含量為標(biāo)準(zhǔn)，必須結(jié)合石英的嵌布特性、結(jié)晶特性、包裹體含量及大小、雜質(zhì)離子的分布等性質(zhì)綜合考慮。

 

我國的高純石英制品主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏和電光源等行業(yè)，但大多數(shù)企業(yè)并未掌握高純石英制品精細(xì)加工的核心技術(shù)，產(chǎn)品基本處于中低端水平，難以滿足高端電光源、半導(dǎo)體及光伏行業(yè)的品質(zhì)要求。綜合加工技術(shù)、裝備起步較晚、技術(shù)保密等原因，我國高純石英技術(shù)與國際先進(jìn)水平差距依然很大。

 

高純石英已成為新能源、光導(dǎo)纖維、激光、信息技術(shù)、航空航天、微電子等高技術(shù)領(lǐng)域不可替代的關(guān)鍵原材料。隨著中國制造2025的不斷推進(jìn)，突破高純石英砂資源、加工技術(shù)及裝備的困境也愈發(fā)重要。