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高纯石英砂技术壁垒明显

2024-02-16财经

目前全球能够供应高纯度石英砂的企业少之又少。

在国外,高纯度石英砂的供应企业主要是美国尤尼明的子公司西比科公司(SIBELCO NORTHAMERICA,INC.)、挪威天阔石公司(The Quartz Corp)、日本的石英砂公司 ( Covalent MaterialsCorporation)等。其中,美国西比科公司无论是石英矿原料品质还是其石英砂提纯技术均处于行业领先水平,是全球少数能够批量供应半导体用高纯石英砂的领军企业。在国内,石英股份、江苏阳山硅材料科技有限公司等是高纯度石英砂的主要供应企业。

根据中信建投的分析,2022年美国尤尼明、挪威天阔石和中国石英股份这3家供应商在国内光伏高纯石英砂市场的市占率合计约为88%。生产高纯石英砂的壁垒在于上游原矿质量和提纯工艺。首先,高纯石英砂所需要的优质石英矿石相对稀缺。石英矿石中杂质的存在形式与含量决定了后期的提纯工艺,也间接决定了石英砂的纯度上限。一般认为,能够加工提纯至3N级以上石英砂的高纯石英矿需达到98.8%的二氧化硅纯度。

截至2019年,全球范围内查明的高纯石英矿资源量为7287万吨左右,主要分布于巴西、北美等地,共15处矿床,在产矿山仅7座,在产资源量为2000万~2500万吨。其中,美国北卡罗来纳州Spruce Pine地区的白岗岩石英矿凭借矿体规模大、流体杂质少、品质稳定等优点成为高端石英砂主要出产地,资源量超过1000万吨,矿床为美国优尼明和挪威天阔石所有。

我国石英矿资源储量约685万吨,全球占比仅9.4%,且均为中小型矿区,优质矿石资源相对稀缺。

与美国相比,我国石英矿石由于形成温度高、结晶比较快,导致石英矿石在形成时包裹了大量的介质,致使矿石中羟基或水含量很高。我国政府已投入大量经费组织相关单位进行石英矿产的品质评估,以期获得超高纯石英砂生产矿石。其次,高纯石英砂提纯工艺复杂。在高纯石英砂制备过程中,企业需根据原矿品位、杂质成分、应用特点等设计提纯流程,如钠、钾、锂等碱金属与石英制品热稳定性密切相关,而铬、铜、铁等过渡金属元素将显著影响石英制品的导电性。

4N级以上高纯砂制备工艺目前仅掌握在美国尤尼明、挪威天阔石和中国石英股份等少数公司手中。在高纯石英砂领域,我国目前虽然已经实现4N级以下石英砂的稳定供应,但仅有石英股份能够达到IOTASTANDARD 水准,且产品质量相比美国尤尼明、挪威天阔石存在明显差距。据联合国的统计数据,2019年,我国3N级以上的石英砂产量为23.7万吨,全球占比19.2%;4N级以上石英砂产量仅1.36万吨,全球占比3.2%。

从产能供应来看,高纯石英砂扩产主要以国内石英股份为主,海外龙头美国尤尼明、挪威天阔石扩产意愿不强,国内二线厂商产能不少,但高品质的内层砂产量极少。

中信建投预计,2023~2024年全球光伏高纯石英砂供应量分别为9.5万吨、15.2万吨,其中内层砂(只算美国尤尼明、挪威天阔石)供给量分别为8万吨、3.2万吨。除天然石英砂提纯之外,人工合成石英砂也值得关注。所谓人工合成石英砂,即使用含硅化合物化学合成高纯石英砂,但这种方法原料成本高、能耗大、产量低、工艺复杂、设备要求高,且产品粒度太细容易团聚,目前尚难以大规模工业应用。研究发现,人工合成石英价格较高且性能尚不能满足光伏石英坩埚的制备要求,目前海外进口的合成石英价格已经上升到50万元/吨以上,同时由于合成石英中铝含量较低,制作的石英坩埚耐高温性相对较差,长时间在高温环境中坩埚容易发生形变,不能满足光伏硅片拉晶长时间高温环境的使用需求。

因此,它目前主要应用在半导体石英器件中。一位光伏行业的资深投资人认为,高纯石英砂有创业投资的机会,值得关注的技术方向包括:一是提升基于非Spruce Pine地区白岗岩石英矿的提纯工艺,这样就可以解决优质石英矿资源被人垄断的难题;二是突破人工合成石英砂的技术和成本瓶颈,彻底摆脱对优质石英资源的进口依赖。

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