2022年金刚砂行业研究报告 战略新兴产业关键基础材料，光伏级石英砂需求快速增长

战略新兴产业关键基础材料，光伏级石英砂需求快速增长

战略新兴产业关键基础材料

高纯石英砂应用领域广泛。 高纯石英砂是由水晶、石英矿石等作为原料经提纯后的一种高品质石英砂产品。凭借独特的晶体结构和晶格变化规律， 具有耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀等特点。 高纯石英作为重要基础性材料，广泛应用于半导体、光伏、光纤通信、精密光学、航空航天等战略新兴产业。

高纯石英砂应用领域广泛。从应用领域来看，2018年半导体和光伏为全球高纯石英砂需求最大的两个行业，分别占比36%和34%。 从区域市场来看，2018年亚太、欧洲和北美为全球高纯石英砂市场，分别占比49%、30%、17%。

高纯石英砂应用领域广泛。中低端石英产品已实现国产化，但国内半导体、光纤、 光伏行业所需要的高质量的石英制品仍依赖从美国、欧洲、 日本等市场高价进口。近年来，随着国内技术进步、工艺革新，我国石英企业 正向高端市场迈进，高端石英材料的国产化进程加快。

高纯石英砂没有统一划分标准，产业对标美国尤尼明产品。目前高纯石英没有统一的划分标准，国内一般认为标准为(SiO2)≥3-5N、(Fe2O3)＜10ppm；海外一般认为9 种杂 质元素Na、K、Li、Al、Ca、Fe、Ti、B、P 的含量总和应＜50ppm，且每个杂质元素含量有上限。

光伏级石英砂质量要求严苛，需求快速增长

高纯石英砂在光伏行业的应用。在光伏产业，高纯石英砂主要用于制造石英坩埚，加料用石英管等用量约占1%。 石英坩埚主要用于盛装熔融的硅液，是拉晶的关键耗材。生产原理是通过旋转模具，利用离心力将石英砂成坩埚形， 然后将电极送电启弧，同时启动真空系统，使其快速熔化成坩埚形状的熔融石英，经冷却后取出。

石英坩埚的结构。石英坩埚为半透明状，有三层结构，即涂层、气泡空乏层、气泡复合层。 气泡空乏层：一般指内层，是一层3~5mm的透明层，可改善单晶生长的成功率及晶棒品质。 气泡复合层：一般指外层，是高气泡密度的区域，受热均匀保温效果好。

光伏直拉单晶对石英砂的品质要求 。单晶发展方向：增加投料量，提升整棒率、成晶率 ，高晶棒品质（高少子寿命、低氧），低非硅成本 。 坩埚性能要求：长寿命、高强度、大尺寸、高纯度、内表层结构稳定性、品质一致性、低造价。 石英砂性能要求：高纯度、低杂质、低羟基、低包裹体、粒度分布均匀等。

N型硅片纯度要求高，增加高纯石英砂需求 。 P型电池已达效率瓶颈，未来HJT、TOPCon等N型电池有望引领电池技术升级。 N型硅片对石英坩埚纯度要求更高，随着拉晶时间增加，杂质越来越多，使用寿命会较P型坩埚减少50-100小时，对应 将会增加坩埚用量。

下游需求旺盛，预计2022年需求6.6万吨，同比+44%。 预计2022年石英砂需求6.64万吨，同比+44.27%，其中内层砂需求3.32万吨；预计2023年石英砂需求9.39万吨，同比 +41.36%，其中内层砂需求3.75万吨。2021-2025年需求复合增速+34.59%。

下游需求旺盛，预计2022年需求超6.6万吨，同比+44% 。分季度来看，预计2022Q1-4石英砂需求为1.33、1.46、1.73、2.13万吨，其中内层砂占比约50%。

原矿品质决定提纯上限，提纯工艺具有针对性

原矿品质决定提纯上限，高品质矿床资源极为稀缺

以石英岩矿物为原料深度提纯是主流制备方法。高纯石英制备方法一般分为提纯方法和合成方法。 提纯方法：原料可分为天然水晶和石英岩矿物，由于天然水晶资源逐渐枯竭，因此以石英岩矿物为原料深度提纯是行 业的主流生产工艺。合成方法：一般用于生产超高纯石英（杂质含量＜8ppm）和极高纯石英（杂质含量＜1ppm），制备方法可分为气相 合成法、化学沉淀法、溶胶－凝胶法、四氯化硅液相水解法等 。

杂质含量及赋存状态决定成矿潜力，只 有极少部分矿床具有商业价值。石英晶体中杂质含量及赋存状态是决 定能否制成高纯石英的关键因素。综合 评价高纯石英成矿潜力时，应充分考虑 石英的化学成分、嵌布粒度、共生的脉 石矿物、包裹体和晶格杂质共5个因素。 由于提纯技术具有局限性，只有极少部 分矿床可用于制造高纯石英砂。 不同地质成因岩石中化学纯度和杂质 元素不尽相同，提纯工艺和难度差异很 大，工业用途也大相径庭。一般光伏级 石英砂首选为白岗岩石英和热液石英。

高纯石英矿床资源稀缺，且资源分布高度集中。全球高纯石英原料矿床分布于美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、毛里塔尼亚、中国、加拿大等7个国家。 尤尼明和TQC矿源来自美国斯普鲁斯派恩（Spruce Pine）地区的花岗质伟晶岩，是全球唯一受到阿乐汉尼 （alleghanian）绿片岩运动影响的高纯石英矿床，具有矿体规模大、石英中流体杂质少、矿石品质稳定等优点。根据 《岩石矿物学》，该矿供给了全球90%以上的高纯石英砂，在相当长时间内甚至是唯一的来源地。

高纯石英矿床资源稀缺，且资源分布高度集中 。美国斯普鲁斯派恩(Spruce Pine) 矿的高纯石英原料资源规模最大，超过1 000万吨；资源量最小的是挪威德拉格(Drag) 矿，仅有26.7万吨。

国内暂未发现高品质大规模的矿床，且原料评价与选择技术相对落后。国内制备高纯石英原料主要为天然水晶和脉石英。截至2017年底，天然水晶资源储量为0.69万吨，目前已几近枯竭。 脉石英方面，我国尚未发现纯度高、杂质少、规模大、质量稳定的具有工业价值的矿床，品位相对较高的代表性脉石 英矿床分布在湖北省蓟春县、江苏省东海县、安徽旌德县等地。 国内高纯石英原料评价与选择技术相对落后，无法对高纯石英砂用原料进行预判，只能被动地通过元素检测和经验积 累来进行矿石的的选择和试用，不仅耗费大量的金钱，同时拉长项目周期。

提纯工艺较为复杂且有针对性，检测技术仍有进步空间

高纯石英砂核心工艺流程包括破碎、分选、磁选、酸泡、浮选、氯化等。破碎：将石英原料破碎到有利于杂质释放与后续处理的所需的粒度。与传统破碎相比， 电动破碎在处理杂质方面更有 效， 而且不会引入大量的铁污染。 分选：利用色选机根据矿物的光学特性，排除深色或浅色的杂质矿物。 磁选：利用不均匀磁场中除去磁性杂质矿物，如褐铁矿、 赤铁矿、黑云母、 钛铁矿、磁铁矿等。 酸洗、浸出：剔除包裹体杂质。酸洗使用盐酸或硫酸等溶解力较低的酸，浸出使用高温的氢氟酸。

高纯石英砂核心工艺流程包括破碎、分选、磁选、酸泡、浮选、氯化等。浮选：在酸性环境下采用相应的浮选药剂，剔除云母类、长石类矿物。 氯化：剔除石英晶格杂质。在1000-1200℃高温下，碱金属、碱土金属和残余的包裹体等杂质与氯或氯化氢气体反应生 产气态氯化物挥发排除。

提纯具有局限性，一般具有提纯后极限纯度。天然石英内部的杂质，特别是以类质同象状态存在的杂质，如Al、Ti、Li、B、P等杂质元素较难剔除。 对于某一种确定的矿体，尤尼明认为一般会存在提纯上限。

高纯石英砂相比普通石英砂工艺更为复杂，且需要对不同矿石针对性调整。相比普通石英砂，高纯石英砂增加较多复杂工艺流程，且具有试剂纯度高、试剂腐蚀强、材料标准严、环境要求严苛、 安全要求高的特点。由于高纯石英作为战略性新兴产业中的特殊材料，海外对国内进行技术封锁。 提纯工艺与原矿有针对性的特点。不同厂商、甚至是同一个厂商在不同时期，用的原料不尽相同，需要针对性地调整 生产流程，并找到精细化生产和规模化作业之间的平衡点。

国产化进程加快，供需总体偏紧和结构性失衡

高纯石英砂依赖进口，国产化进程显著加快

竞争格局：尤尼明寡头垄断。美国尤尼明公司：成立于1970年，隶属于Sibelco Group集团，全球高纯石英砂生产商龙头，市场份额具有垄断优势。 原料来自Spruce Pine地区的花岗质伟晶岩。 挪威TQC公司：由挪威微晶公司(Norwegian Crystallites AS) 与斯普鲁斯派恩的KT长石公司(K-T Feldspar Corp.）、长 石公司(The Feldspar Corp.) 于2011年合并而成。在挪威被许可生产3万吨/年，原料来自Spruce Pine和挪威当地的石英。 石英股份：国内首家实现高纯石英砂量产技术突破的企业，打破国际厂商对高纯石英砂的垄断，2021年产量约2.4万吨。 其他公司：无稳定矿源，产品批次稳定性和质量一致性较差，规模普遍较小在1000吨左右。

国内高纯石英砂高度依赖进口 。美国：近几年进口量及价格均逐年小幅增加。2021年进口石英2.70万吨，同比+20.35%；进口均价2.08万元/吨，同比+19.44%。 2022年1-8月进口石英2.08万吨，同比+26.01%；进口均价2.53万吨，同比+15.62%。其中，8月进口石英4175吨，同 比+221.86%，环比+10.62%。

国内高纯石英砂高度依赖进口。挪威：2021年进口量大幅增加，进口均价持续上涨。 2021年进口石英1.19万吨，同比+63.73%；进口均价2.47万元/吨，同比+19.72%。 2022年1-8月进口石英8146吨，同比+9.58%；进口均价3.69万吨，同比+69.44%。其中，8月进口石英1954吨，同比 +61.31%，环比+107.86%。

供需：总体紧张+结构性失衡

供需总体紧张，呈现结构性失衡 。总体供需紧平衡：预计2022年石英砂需求约6.6万吨，供给约6.3万吨，总体供需紧张。从目前披露的行业扩产规划看， 供需偏紧状态有望维持三年。供需结构性失衡：目前坩埚内层主要采用进口砂，预计2022年内层砂需求约3.3万吨，进口供给约2.4万吨，存在缺口。 随着光伏产业快速发展，内层砂需求快速增长，如果海外无扩产规划或国产砂无法用于坩埚内层，供给将缺口持续放大。

季度进口砂供给缺口持续放大。 需求：预计2022Q1-4坩埚内层砂需求分别为0.66、0.73、0.86、1.06万吨。 供给：假设进口砂数量按季度平均分布，每季度进口量约为0.60万吨。 供需：总体上，Q1供需偏紧，Q2开始石英砂逐渐开始紧缺，且供给缺口持续放大。此外，业内部分硅片大厂提前锁量 进口砂，导致市场可供销售的高纯石英砂更加紧缺。

成本占比较低，价格弹性较大

石英坩埚占硅片成本较低。从非硅成本看，预计石英坩埚占比约10%；从生产成本看，预计石英坩埚占比约1.3% 。 下游对涨价不敏感。高纯石英砂占坩埚成本的72%，高纯石英砂每上涨1万元/吨，（1）假设坩埚顺价，拉晶非硅成本增 加0.28分/W （2）假设坩埚不顺价，硅片厂石英坩埚成本增加0.20分/W。 涨价弹性较大。全国产砂坩埚可能会影响成晶率，增加断线概率，从而增加生产成本。如果拉晶成本每增加1元/kg，对 应拉晶成本增加0.23分/W，则可支撑上涨1万元/吨。

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