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行業動態
立式磨用在高純石英作為 戰略性礦產的意義及必要性分析
信息來源:   發布時間:2023-5-5   瀏覽:

01

高純石英資源現狀

1.1 高純石英的概念


高純石英是SiO2純度大于99.9%的石英系列產品的總稱[3],它是由水晶、脈石英、花崗偉晶巖等礦石作為原料經提純后的一種礦產品,能夠提純生產高純石英的礦床稱為高純石英原料礦[4]。


高純石英具有優異的物理化學性質,特別是內在的晶體結構、形狀和晶格變化規律使其具有耐高溫、耐腐蝕、抗磨、熱膨脹系數小、高度絕緣、壓電效應、諧振效應以及獨特的光學特性[5]。高純石英砂主要應用在石英玻璃和集成電路等行業,其高檔產品被廣泛應用于新一代信息技術、高端裝備制造、新材料等產業[6]。


1.2 高純石英的資源分布與開發現狀


根據現有資料,全球高純石英原料礦床分布于美國、挪威、澳大利亞、俄羅斯、毛里塔尼亞、中國、加拿大等7個國家。除中國外,共有14處礦床,其中,有生產礦山的7處,尚未開采生產的7處。美國斯普魯斯派恩礦的高純石英原料資源規模最大,超過1000萬噸;資源最小的是挪威德拉格礦,僅有26.7萬噸[7]。


在我國,普通用途的石英砂、脈石英、石英巖等礦物資源十分豐富,可以充分得到保障,但是國內高純石英資源稀缺[8]。天然水晶是一種無色透明的石英結晶體礦床,主要成分為SiO2,其雜質含量低,可以直接提純加工得到高純石英,雖然我國的天然水晶分布廣泛,但礦床規模小,儲量少,高額的提純成本限制了市場規模[3,8]。


脈石英的形成主要與花崗巖有關的巖漿熱液作用有關,致密塊狀構造,其礦物成分單一,幾乎全部為石英,SiO2含量一般在99%以上[3],是加工高純石英的理想礦物原料。我國的脈石英礦產資源具有分布廣泛、局部集中、礦床少、礦點多的特點,主要分布在江西、四川、安徽、黑龍江、新疆、陜西、浙江7個省(),約占總資源儲量的84.74%[8]。但是由于我國對于高純石英用脈石英原礦勘探沒有詳細的標準,且脈石英多呈脈狀、雞窩狀分布,礦床規模小,礦石品質不穩定,這些脈石英礦床中可能只有很少一部分能生產出適用于半導體工業和芯片制造行業的高純石英砂,難以滿足高純石英高端產品大規模生產的需要,亟待尋找礦體規模大、礦石品質穩定的新類型資源[9]。


02

高純石英在戰略性新興產業中地位及應用

高純石英是光纖通訊、光伏、半導體等必不可少的關鍵材料,在電子信息、新材料和新能源等戰略性新興產業以及國防軍工中具有十分重要的地位和作用[3],是世界公認的戰略性關鍵礦產資源,日本、歐盟將其列為關鍵性礦產,俄羅斯已經要求不再公開高純石英的開采量和使用量[4]。


2.1 信息技術領域


高純石英原料可用于制作晶體管、存儲器和集成電路(芯片)等;用于制作通訊領域的石英光纖,玻璃基板,半導體化合物單晶及其生長用的容器,光掩;,高純石英坩堝等;用于制作石英晶體振蕩器的壓電水晶等;石英球形微粉用作大規模集成電路封裝覆銅板以及環氧塑封料填料[2,5]。


2.2 新能源領域


將金屬硅轉變成四氯化硅或三氯氫硅,經分離提純后由氫還原制成多晶硅。將超純多晶硅置于石英坩堝中用提拉法制成單晶硅[9]。單晶硅或多晶硅用于制作太陽能電池組件,石英玻璃用于核聚變激光點火裝置。


2.3 新材料領域


石英纖維可用于制造火箭的噴火口等高溫部件;電子級硅微粉主要用于電子原件的塑封料和包裝料[2,5]。


2.4 電子信息領域


用于光通訊、電子信息、集成電路基板、高端光源等[2,5]。


2.5 高端制造領域


石英玻璃用于普通及精密光學透鏡、航空航天器的光學系統、紅外線搜索與跟蹤測量的光學系統、顯微光學儀器等窗口材料;石英球形微粉陶瓷復合材料用于飛機、火箭、衛星等防熱瓦片,也是導彈天線罩的主要材料之一;石英玻璃纖維用于軍事飛行器雷達罩[2,5]。


03

我國高純石英的供需形勢

3.1 生產供應現狀


我國生產高純石英的原料為脈石英和水晶,由于國內水晶資源接近枯竭,因此,國內主要采用脈石英為原料生產高純石英,但受礦石品質的限制,生產出來的品質主要為低端高純石英,高純石英目前被少數企業壟斷[10]。


美國尤尼明是世界上領先的高純石英生產商,其高純石英砂原礦為北卡羅來納州Spruce Pine地區的花崗質偉晶巖,具有礦體規模大、石英中流體雜質少、礦石品質穩定等優點,尤尼明的高純石英砂市場份額在全球市場中具有絕對壟斷地位[10]。挪威TQC加工高純石英的原料來自Spruce Pine和挪威當地的石英,公司在挪威每年被許可生產30000t的高純石英[10]。中國江蘇太平洋石英股份有限公司是石英材料行業的龍頭企業,其原材料除少部分精選自東海地區獨特的石英礦石外,還不斷在全球范圍內尋找優質石英礦源,并具備相當數量的戰略儲備。由于國內適用石英礦資源較少且環保要求趨嚴,石英股份石英石基本外購,2021年海外采購石英石占比為93.32%,主要采購于巴西、非洲、印度、美國等國家和地區;主要供應商較為穩定,且簽訂長期框架協議。石英股份是全球少數掌握規;慨a高純石英砂技術的企業之一,2021年高純石英砂產能為2萬噸/年。


總體來說,我國高純石英生產技術起步較晚,2010年以前,我國高純石英一直依賴進口,國內高純石英砂市場基本被美國尤尼明公司所壟斷。石英材料產業鏈中,上游石英砂高度壟斷,中游石英玻璃和石英制品中低端產品廠商差別較小,競爭激烈,高端產品國內供應商較少[6]。


3.2 需求情況


高純石英是半導體行業、光伏、光纖、電光源、航天航空等領域不可或缺的重要支撐材料,我國是高純石英消費大國,2014年以來高純石英消費量呈增長趨勢,由2014年的517.8t增長到2018年的804.6t[11]。受資源限制,2019年我國石英類產品進口量277.01t;其中SiO2純度99.99%的超高純石英進口量14.54t,進口價格高達9044.54美元/t。自2011年以來,石英類產品進口量呈快速增長趨勢[2]。


近年,光伏、半導體、光纖等需求的增加拉動高純石英砂需求快速增長。在半導體行業,根據市場調查機構全球半導體行業協會(SIA)最新發布的報告顯示,2021年全球半導體銷售額為5559億美元,創歷史新高,同比增長26.2%。中國市場銷售額為1925億美元,仍是全球最大的半導體市場,同比增長27.1%。隨著物聯網、區塊鏈、汽車電子等多項技術的發展,半導體、芯片設備增長明顯,將拉動半導體用石英需求的增長。在光伏行業,隨著國家政策的支持、行業技術的進步,發電成本將進一步降低,我國光伏產業存在巨大的市場空間及發展潛力。隨著光伏行業的迅速發展,單晶用電弧石英坩堝需求量隨之走高,帶動高純石英砂需求持續放量。在通信行業,中國已成為全球最主要的光纖生產和消費大國,光纖市場將進一步釋放需求,帶動石英材料需求量相應提升。在電光源行業,隨著LED對白熾燈的替代加快,LED市場規模和滲透率不斷提升,石英管作為LED的制作原料,市場需求也會不斷增加[11]。在航空航天領域,石英纖維是航空航天不可或缺的戰略材料,需求前景非常廣闊。


綜上,我國是高純石英消費大國,中低端產品自給有余,但高端產品仍然高度依賴進口,可用于生產高純石英的原料規模小,資源稟賦較差、供需形勢嚴峻。


04

結論

當前,加快產業發展,尤其是戰略性新興產業,實現中國制造歷史性飛躍,是我國的國家戰略目標之一。戰略礦產在戰略性新興產業發展中具有不可替代的作用,對我國的經濟發展、國計民生和國家安全具有重大的戰略意義。


近年來,隨著新興產業的發展,例如新能源、半導體、航空航天等領域的發展,高純石英的需求也極大地增長。雖然我國石英礦產資源豐富,但是由于生產成本和提純工藝的限制,高純石英的供應能力弱,進口量大[8]。對于高純石英及其原料的核心技術突破還有許多工作要做,因此,建議將高純石英列入戰略性礦產目錄清單,從政策法規及國家戰略層面上加大石英礦產資源的勘察力度,尋找優質的高純石英原料,加強對高純石英的研究,減少我國高純石英的對外依存度,提高我國在高純石英行業的話語權。





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