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简析国内高纯石英砂产业发展概况

发布时间:

2024-01-29 09:38

 

简析国内高纯石英砂产业发展概况

 

 

高纯石英因其产品具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘性和透光性等优异的物理化学性质,广泛应用于光伏、电子信息、光通讯和电光源等高新技术产业,在战略性新兴产业中具有重要地位和作用。高纯石英因其产品具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘性和透光性等优异的物理化学性质,广泛应用于光伏、电子信息、光通讯和电光源等高新技术产业,在战略性新兴产业中具有重要地位和作用。

 

我国高纯石英砂的资源概况

 

目前国内对高纯石英的定义并没有统一的国家标准。通常将SiO2含量大于99.95%、Fe2O3含量小于0.0001%、Al2O3含量小于0.01%的石英砂划归为高纯石英砂。作为一种杂质含量极低的高纯石英,是一种稀有矿物,只有在满足特定的化学和物理参数的地质条件下才能形成,只有为数不多的矿床能够为高纯石英的加工提供原材料。国际上分布在美国北卡罗来纳州Spruce Pine地区的花岗质伟晶岩,是全球唯一受到阿乐汉尼绿片岩运动影响的高纯石英矿床。

 

对于国内,石英资源储量丰富、种类多,但是质量不高,多为石英岩、石英砂岩和天然石英砂。以前高纯石英产品生产选用的原料主要为水晶,分布在四川、广西、贵州、黑龙江等地区;但截至2017年底,天然水晶资源资源储量仅为0.69万t。随着我国水晶资源的枯竭,国内开展了以SiO2含量为2N左右的其他石英矿物原料替代天然水晶加工高纯石英的研究,如脉石英、石英岩等,仍未发现具有工业价值的大型花岗伟晶岩矿床。

 

我国具有工业价值的高纯石英(水晶、脉石英)矿床按其成因主要可分为:热液含晶石英脉型矿床、碳酸盐岩中热液型水晶矿床、变质流体含晶脉石英矿床三种。印支、燕山期岩浆活动发育地区和强烈变质岩发育地区是水晶、脉石英矿成矿有利地带。根据我国已有水晶、脉石英矿床分布特征,划分了库卫-清河、东昆仑、东秦岭-大别、东海-赣榆、吉中—延边、阿拉善、辽东、鲁西隆起、武夷山、湘中等10个高纯石英重点成矿远景区。

 

 

高纯石英砂的主要应用概况

 

 

由高纯石英砂生产的石英管、单晶石英坩埚及石英器件等石英制品,是电光源行业中生产高端照明产品、光伏行业及半导体行业生产单晶硅过程中不可或缺的重要支撑材料。

 

半导体领域

 

 

高纯度石英材料是半导体硅片生产过程中的关键材料,在硅片制造过程中的扩散、蚀刻等环节发挥关键作用。

 

石英材料在半导体行业产业链中的应用

 

近年来,随着物联网、区块链、汽车电子、无人驾驶、5G、AR/VR及AI等多项创新应用发展,半导体行业保持高景气度。根据HIS Markit的统计,2017年全球半导体市场营收规模为4290亿美元,而近年来预计维持在3%左右的年增长率。

 

全球半导体营收预测

 

光伏领域

 

在光伏领域中,由于高纯石英砂的耐高温性及热稳定性良好,被主要用于制造拉制单晶硅用的石英坩埚。我国光伏产业目前已经基本掌握太阳能电池制造、多晶硅生产等关键工艺技术,主要装备逐渐实现自动化,产业规模快速提升,生产成本持续下降,已形成完整的产业链。在太阳能电池行业快速增长的带动下,单晶硅石英坩埚的原料高纯石英砂,市场规模也不断扩大。预计到2020年光伏产业规模将达到1370亿美元。石英坩埚作为光伏组件的生产原料,随着光伏产业的发展,石英坩埚的市场需求不断增加。

 

2011—2019年全球光伏市场规模(亿美元)

 

 

电光源领域

 

电光源石英制品可以用于生产紫外管,高纯石英管,透明管灯,广泛运用于照明及特种光源行业,比如白炽灯、卤素灯、HID灯、杀菌设备以及半导体行业所用的LED灯等。随着LED对白炽灯的替代加快,LED市场规模和渗透率不断提升,预计到2020年渗透率将达63.9%。石英管作为LED的制作原料,市场需求也会不断增加。

 

2009—2018年全球LED照明市场规模

 

我国高纯石英砂的供给概况

 

据中国建筑玻璃与工业玻璃协会数据,我国石英产量逐年上升,2018年中国石英砂产量8255万t,其中,普通石英砂产量3518万t,精制石英砂产量3518万t,普通高纯石英砂(SiO2≥99.5%)产量达到636万t,占比较低。

 

2014—2018年中国石英砂分品种产量图(万t)

 

 

高纯石英砂产能严重不足,目前国内仅有石英股份可以批量化生产高纯石英砂。石英股份2009年投产高纯石英砂,一举打破了国外垄断,成为国内石英行业的龙头企业。2017年公司实现高纯石英砂销售10677吨,营收达到0.36亿元,同比增速108.04%,发展势头良好。尽管如此,碍于国内高纯度石英资源匮乏的缘故,石英股份所用的矿石基本来自国外采购。据公告披露,石英股份通过美国Unimin公司中国独家代理商北京雅博进口高纯石英砂。

 

高纯石英砂产能不足与需求的增长导致国内高纯石英砂不能满足发展需求,目前主要依赖进口。2018年高纯石英(SiO2>99.99%的硅)进口量14万t,出口量仅0.18万t。

 

 

2009—2018年我国含硅量≥99.99%的硅(HS28046190)进、出口量统计(万t)

 

我国高纯石英砂产业发展中的问题与展望

 

1

高纯石英砂资源匮乏

我国高纯石英砂资源匮乏,产能不足,严重依赖进口。而其又是高端产业的支撑材料。是否可以考虑将高纯石英纳入关键矿产或战略性非金属矿产目录清单,从政策法规和国家战略层面,在高纯石英找矿勘查、加工工艺、产业发展等方面给予有力支持。

 

2

高纯石英原料选择与分级分类评价体系缺失

石英原料质量评价体系不完善,至今尚未出台统一产品标准。国内对高纯石英砂原料选择也具有一定的盲目性,单纯的认为纯度2N的石英原料就能够简单的选出高纯石英砂,但往往投入大量财力物力也难以实现目标。纯石英砂产品质量优劣与其原料中杂质元素含量高低并非简单对应关系,而是与原料中杂质的可选性有关。高纯石英砂原料不能仅以SiO2含量为标准,必须结合石英的嵌布特性、结晶特性、包裹体含量及大小、杂质离子的分布等性质综合考虑。

 

3

加工技术与国际先进水平仍有较大差距

我国的高纯石英制品主要应用于半导体、光伏和电光源等行业,但大多数企业并未掌握高纯石英制品精细加工的核心技术,产品基本处于中低端水平,难以满足高端电光源、半导体及光伏行业的品质要求。综合加工技术、装备起步较晚、技术保密等原因,我国高纯石英技术与国际先进水平差距依然很大。

 

小结

 

高纯石英已成为新能源、光导纤维、激光、信息技术、航空航天、微电子等高技术领域不可替代的关键原材料。随着中国制造2025的不断推进,突破高纯石英砂资源、加工技术及装备的困境也愈发重要。

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