高純石英與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中新一代信息技術、新材料產(chǎn)業(yè)等九大領域中的八大領域具有密切的關聯(lián)性，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中重要的支撐材料。但由于生產(chǎn)原料的特殊性和技術保密等原因，高純石英及其原料的生產(chǎn)和出口高度集中在世界少數(shù)國家和企業(yè)中，其中高端的加工提純技術和產(chǎn)品主要被美國等發(fā)達國家所掌握，我國的高端高純石英主要依靠進口。
1、高純石英有多重要？
（1）高純石英應用領域及其在國民經(jīng)濟中的地位
半導體、光通訊、光伏、光學、電光源等行業(yè)和領域是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要領域，是建設重大工程、改善民生、鞏固國防軍工的重要保障，在國民經(jīng)濟建設中占有重要的地位，高純石英被廣泛應用在這些行業(yè)和領域中，是這些領域所需求的稀缺類共性高增值礦物資源。
在半導體晶圓制程工藝、刻蝕領域，太陽能電池片制程擴散、PE工藝，電光源中的超高壓投影燈、毛細管燈及影院燈等特種照明材料，航天航空領域等，均需要用到以高純石英為原料生產(chǎn)的石英玻璃坩堝、錠材、管材、棒材、板材、各種器皿和器件以及石英玻璃纖維和織物等產(chǎn)品。
根據(jù)世界半導體貿(mào)易統(tǒng)計（WSTS）數(shù)據(jù)，2019年中國半導體市場規(guī)模為1547億美元，占全球半導體36.98%的市場份額。2015～2019年全球半導體市場規(guī)模的平均增幅接近6%，按此推測，到2025年中國半導體市場規(guī)模將近2200億美元。若按照平均每1億美元的半導體銷售額需要消耗價值50萬美元的高純石英材料計算，2019年中國半導體用高純石英材料的市場規(guī)模為7.7億美元，至2025年國內(nèi)的市場空間近11億美元。
另外，單晶硅是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路和太陽能電池的主要原材料，而每生產(chǎn)一爐單晶硅就會消耗一只石英坩堝，在太陽能電池和集成電路行業(yè)快速增長的帶動下，高純石英單晶硅石英坩堝的原料市場規(guī)模也不斷擴大。
除半導體所屬的新一代信息技術產(chǎn)業(yè)外，新能源、新型電光源、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)在未來5年的發(fā)展過程中也需要消耗大量的高純石英。未來高純石英及其原料的需求預計將以6%以上的增幅逐年上漲，其在國民經(jīng)濟中的地位也愈發(fā)重要。
?。?）高純石英其他材料替代性
由高純石英生產(chǎn)的石英坩堝是光伏行業(yè)及半導體不可或缺的重要支撐材料，目前尚無法用其他材料替代。另外，高純石英產(chǎn)品質量受高純石英原料資源質量控制。我國尚沒有發(fā)現(xiàn)規(guī)模大、質量穩(wěn)定的高純石英原料礦床，供給高純石英生產(chǎn)企業(yè)的石英原料礦產(chǎn)資源質量參差不齊，導致所生產(chǎn)的高純石英產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，生產(chǎn)出來的石英坩堝軟化點低、使用壽命短。國產(chǎn)高純石英及原料仍無法替代由美國矽比科公司生產(chǎn)的IOTA系列高純石英及原料。
2、高純石英的供應風險在哪里？
?。?）高純石英對外依存度分析
根據(jù)聯(lián)合國商品貿(mào)易數(shù)據(jù)庫及中國海關總署數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015～2019年，我國進口高純石英（≥4N）的平均單價為1.47萬美元/t。根據(jù)中國半導體用高純石英材料的市場規(guī)模的保守測算，到2025年中國半導體產(chǎn)業(yè)將需要消耗近8萬t高純石英（≥4N）。
另外，有數(shù)據(jù)顯示，半導體在整個石英玻璃下游市場占65%左右的份額，據(jù)此推算，到2025年國內(nèi)整個石英玻璃市場將需要消耗近12萬t的高純石英。
國內(nèi)高純石英的龍頭企業(yè)，唯一通過TELL認證且具備生產(chǎn)高純石英技術的江蘇太平洋石英股份有限公司目前高純石英的產(chǎn)能在6萬t/年左右，正在建設的2萬t/年的生產(chǎn)線需要到2021年3月才能投產(chǎn)，其生產(chǎn)的高純石英僅能滿足電光源和光伏行業(yè)要求。在高純石英及其原料呈寡頭式發(fā)展的形勢下，即使該公司的兩條高純石英生產(chǎn)線全部達產(chǎn)，其2.6萬t/年高純石英的產(chǎn)能距離石英玻璃市場需求的12萬t高純石英仍有較大的缺口。
另外，石英坩堝對高純石英的純凈度、規(guī)格精度、質量穩(wěn)定性要求高，國內(nèi)高純石英原料所生產(chǎn)的產(chǎn)品并不能滿足其要求，石英坩堝內(nèi)涂層用的高純石英（4N8）只能從美國等國家進口。總體來看，高純石英對外依存度極高。
?。?）高純石英國外生產(chǎn)集中度分析
目前，全球范圍內(nèi)可以供應高純石英的主要有美國矽比科公司、挪威TQC公司、德國的ANZAPLAN公司、俄羅斯石英公司以及中國江蘇太平洋石英股份有限公司等為數(shù)不多的幾家公司。
其中美國矽比科公司、挪威TQC公司所用的高純石英原料主要產(chǎn)于美國北卡羅來納州Spruce Pine地區(qū)，俄羅斯石英公司所用的高純石英原料主要產(chǎn)于烏拉爾山脈的Kyshtym地區(qū)175號脈，中國江蘇太平洋石英股份有限公司的高純石英原料主要來源于江蘇東海。美國為高純石英的主要生產(chǎn)國和出口國，世界上4N8及以上的高純石英產(chǎn)品幾乎被美國矽比科公司一家壟斷。
由此來看，我國生產(chǎn)的高純石英及其原料所占比例極低，高純石英及其原料主要集中在美國、挪威、德國及俄羅斯聯(lián)邦等國家。
?。?）高純石英貿(mào)易通道安全性分析
據(jù)中國海關總署2017年1月至2020年6月進口數(shù)據(jù)分析，當前我國主要從美國、韓國、日本、德國、挪威、俄羅斯聯(lián)邦及中國臺灣等地進口高純石英，中美經(jīng)貿(mào)摩擦以來，經(jīng)濟政治上的競合關系直接影響著雙方各領域的重大制度安排，貿(mào)易的安全性也變得越來越不可琢磨。自2018年以來我國從美國進口高純石英（≥4N）的進口數(shù)量逐年下降。2020年上半年美國直接出口中國的高純石英（≥4N）僅為5.62t。
除美國外，我國高純石英及其原料在俄羅斯聯(lián)邦和挪威等國家的貿(mào)易通道安全也存在不確定性。俄羅斯總統(tǒng)普京最近簽署總統(tǒng)令，要求不再公開高純石英原料等戰(zhàn)略礦產(chǎn)的開采量和使用量，其必然會影響到高純石英原料的出口政策，我國想要從俄羅斯聯(lián)邦獲取高純石英及其原料資源也將更加困難。挪威TQC公司所生產(chǎn)的高純石英及其原料，其資源大部分來自于美國Spruce Pine地區(qū)，以當前美國制裁華為和中芯國際的形勢來看，未來我國想要從挪威進口高純石英及其原料將面臨風險。
綜上所述，隨著國際政治局勢的不斷變化，未來我國高純石英及其原料的貿(mào)易通道將面臨巨大的不安全性，獲取境外的高純石英資源將越來越困難。
（4）國內(nèi)高純石英資源潛力分析
通過對美國矽比科公司、挪威TQC公司以及俄羅斯石英公司的高純石英原料礦床的地質條件進行對比分析發(fā)現(xiàn)，它們的成礦地質背景具有一些共性的特點：它們均產(chǎn)在造山帶中，且大部分高純石英原料礦床所處的地質環(huán)境為變質條件。比如，矽比科公司和TQC公司的主要高純石英原料礦床就產(chǎn)在阿樂漢尼（alleghanian）綠片巖中，俄羅斯石英公司的Kyshtym175號脈也產(chǎn)在烏拉爾山脈的變質巖中。
從我國目前已開展的高純石英原料地質調(diào)查工作來看，我國也有與此類似的成礦地質環(huán)境，秦嶺-大別-蘇魯造山帶是其中最具潛力的造山帶，目前在該造山帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了一些具有潛力的高純石英原料發(fā)育地段。太平洋石英公司所用的石英原料資源就位于大別-蘇魯造山帶中的江蘇東海地區(qū)。
據(jù)張佩聰?shù)葘W者的推測，在已勘查的水晶、脈石英等礦產(chǎn)資源中高純石英原料資源一般占10%左右，而我國水晶查明資源量約為6877t，玻璃用脈石英查明資源量約為9204萬t。以此推測，當前我國高純石英資源潛力在920萬t左右。由此看來，我國高純石英原料礦具有較大的資源潛力。
自20世紀90年代至今，我國已有不少科研機構及生產(chǎn)企業(yè)在高純石英加工提純和檢測技術等方面投入了大量的研究工作，目前我國在這兩個方面取得了一定的成果。但是，由于科研與生產(chǎn)應用之間脫節(jié)，基礎研究與產(chǎn)業(yè)化之間缺少中間試驗研究，這些技術成果大多僅停留在實驗室階段。
除了加工提純和檢測技術外，我國對高純石英原料的評價也存在同樣的問題，所找到的石英資源因為缺少中間試驗研究，到目前為止對什么類型的脈石英是高純石英原料尚未取得統(tǒng)一認識，也未形成統(tǒng)一的評價方法，對已知的脈石英礦產(chǎn)資源中能作為高純石英原料的部分尚無法進行系統(tǒng)評價。導致大量優(yōu)質的脈石英資源多被用于制造附加值較低的產(chǎn)品，至今尚無高純石英原料的礦產(chǎn)地。
綜上所述，雖然我國高純石英原料礦具有較大的資源潛力，但由于缺少相應的原料評價標準，對潛在的高純石英原料資源尚無法開發(fā)利用。
3、高純石英原料的戰(zhàn)略意義
從前文分析可知，高純石英及其原料的供應風險較高。一方面，其資源主要集中在國外生產(chǎn)，國內(nèi)生產(chǎn)的比例較低，隨著中國制造2025的不斷推進，高純石英及其原料的供需矛盾也將愈發(fā)突出；另一方面，由于受政治局勢的影響，其貿(mào)易通道具有較大的不安全性，未來高純石英及其原料的供應將面臨巨大的風險。
從經(jīng)濟價值的角度來看，這一類資源對我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。雖然所占的比例不高，但如果這一類資源的供應受到限制，將直接影響到戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高效有序發(fā)展。
早在2011年，國務院辦公廳發(fā)布《找礦突破戰(zhàn)略行動綱要（2011～2020年）》就明確將高純石英等作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)所需的礦產(chǎn)。在2017～2019年版《重點新材料首批次應用示范指導目錄》中也多次提到高純石英及其原料。最近四部委聯(lián)合出臺的《關于擴大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長點增長極的指導意見》（發(fā)改高技〔2020〕1409號）中，也明確要求聚焦重點產(chǎn)業(yè)領域，加快重點材料、關鍵芯片、高端元器件等核心技術的攻關。高純石英及其原料與這些領域息息相關，目前與高純石英有關的部分核心技術尚未取得突破，有必要將高純石英相關的核心技術上升到國家戰(zhàn)略的角度進行攻關。
來源：李光惠,王超峰,詹建華,等.高純石英原料作為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的分析及建議[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊,2020(05):20-24.
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關注中國粉體技術網(wǎng)官方微信（粉體技術網(wǎng)）
|
