（报告出品方/作者：中银证券，李可伦、陈浩武）

高纯石英砂，高端制造业的关键材料

高纯石英砂是光伏、半导体行业关键性原辅材料：高纯石英砂是指由天然石英矿物经过一系列物理 和化学提纯技术生产的具有某种粒度规格的高纯非金属矿物原料，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳 定的硅酸盐矿物。高纯石英砂纯度高、品质好，生产的石英制品具有耐高温、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属性，被广泛用于光伏、电子、高端电光源、薄膜材料、国 防科技等领域，是高端制造行业不可替代的原辅材料。

高纯石英砂国际公认标准以尤尼明 IOTA-CG 为准：国际公认的高纯石英砂是以美国尤尼明公司（现 矽比科）IOTA-CG 为标准，十二种元素杂质（Al,K,Na,Li,Ca,Mg,Fe,Mn,Cu,Cr,Ni,B）的含量小于 20ppm，其 中碱金属（K,Na,Li）分别小于 1ppm 的高技术产品。

目前，高纯石英砂主要来源于石英矿物：高纯石英最初是从一、二级天然水晶中深度提纯得到的， 天然水晶制备高纯石英砂工艺较为简单，水晶原矿经过粉碎、磁选、浮选、酸浸、干燥、焙烧后得 到成品石英砂，但目前水晶资源逐渐匮乏，成本较高，且生产过程中杂质含量高、能耗高、产品质 量稳定性差。自上世纪 70 年代开始，美国等国家开始探索用普通石英代替水晶制备高纯石英砂，从 天然岩石矿物提取高纯石英砂原料是目前世界上生产天然高纯石英砂的最先进技术，对矿石的品质 要求高，提纯技术复杂，目前全球只有美国尤尼明、挪威 TQC 和石英股份等极少数公司具备规模化 量产高纯石英砂的能力。目前，石英矿物逐渐替代水晶成为高纯石英砂的主要原料。

石英矿物深度提纯技术是制备高纯石英砂的主流技术：高纯石英的制备方法主要有三大类，分别为 天然水晶粉磨加工、石英矿物深度提纯及用含硅化合物化学合成。由于天然水晶资源逐渐枯竭，而 化学合成法技术较复杂、成本较高，难以大规模工业应用，因此，石英矿物深度提纯技术是制备高 纯石英砂的主流技术。 高纯石英矿物深度提纯技术包括分离杂质和去除包裹体两个核心环节：高纯石英砂提纯工艺包括分 离杂质和去除包裹体两个环节，其原理为粉碎分级使石英矿物与脉石矿物单体解离并得到相应粒级 的石英颗粒，之后再根据石英中杂质元素赋存状态选择有针对性的加工技术使独立矿物杂质、包裹 体杂质和晶格杂质与石英有效分离。主要工艺环节包括：粉碎（粗碎、细碎和磨矿）、分选（粒度 分选、浮选、磁选）和化学浸滤。

1）粉碎—分级预处理：预处理阶段目的是初步筛选杂质或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，一般采用机械破碎、电动粉碎、光学分选、超声破碎、热冲击破碎等处理方式。

石英粉碎处理需要考虑到有效单体的解离效果和粉碎过程中二次污染两个方面因素：石英解离过程 中为了避免铁杂质的二次污染影响和提高解离效果，可采取热力粉碎、高压脉冲粉碎、超声破碎手 段。但这些方法缺点是能耗大、成本高，而传统机械法相较于上述方法具有低成本和较高的二次污 染特点。传统机械法是使用颚式破碎机或锥形破碎机将矿物粉碎到所需的粒度，颗粒形态为不规则 棱角状。相对于传统机械法，脉冲放电破碎岩石具有更明显的优势，主要分为液电效应破碎和电破 碎两种形式，高压放电产生的冲击波，使岩石沿晶界断裂并有选择性地指向矿物包裹体，有利于杂 质的释放和后续的处理，还可最大程度地保留矿物的粒度和形貌特征；脉冲放电破碎通常在水介质 中进行，具有无尘环保的特点。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。

2）共伴生独立矿物分选：分选石英中矿物杂质最常用方法是磁选和浮选。多段强磁选不仅可以从石 英中分选出已单体解离的强磁性和弱磁性矿物杂质，而且对石英中磁性矿物包裹体和连生体也有一 定分选效果。云母、长石等硅酸盐矿物是石英中铝杂质的主要来源之一，由于其与石英物理、化学 性质类似，常采用浮选法进行分离。为了有效降低石英中铝杂质含量，需要进行多次精选。通过预 处理和物理分选后，石英中绝大部分独立矿物杂质已被分离，SiO2 含量一般可以达到 99.9%左右，但 并未达到高纯石英的技术要求，主要因为预处理和物理分选只对石英和独立矿物杂质分离具有显著 效果，对降低石英中包裹体杂质和晶格杂质几乎没有作用。

全球脱碳支撑光伏终端需求较快增长，石英坩埚用高纯砂需求空间广阔

全球光伏新增装机有望快速增长

全球“脱碳”支撑中长期需求：当前，尽快实现碳中和已成为全球共识，在拜登就任以后，美国已重 新加入巴黎协定，计划投入 2 万亿美元在交通、建筑和清洁能源等领域，在政治上把气候变化问题 纳入美国外交政策和国家安全战略，继续推动美国―3550‖碳中和进程，即 2035 年电力部门实现碳中和， 2050 年实现 100%清洁能源，实现净零排放；近期美国《重建更好法案》通过众议院表决，光伏 ITC 政 策延长至 2026 年并首次适用于储能资产，PTC 恢复且风电保持全额抵扣至 2026 年，有望刺激美国新 能源发电装机进入高增长通道。根据美国能源署能源数据管理局（EIA）最新发布的预期，美国将在 2022-2023 年部署 38.3W 新增太阳能发电装机。欧盟委员会提出到 2050 年欧洲在全球范围内率先实现 碳中和，同时为 2030 年设定了减排中期目标，其温室气体排放量至少要比 1990 年的排放水平减少 55%。2022 年 5 月，欧盟委员会提出 REPower EU 方案，计划到 2025 年，光伏累计装机量达到 320GW， 到 2030 年光伏累计装机量达到 600GW。根据欧盟委员会最新的能源战略，SolarPowerEurope 认为乐观 预期，2030 年欧盟有望实现 1TW（1000GW）的太阳能发电总装机。日本首相菅义伟则于 2020 年 10 月 宣布日本将于 2050 年前实现碳中和。随着全球主要经济体进入―脱碳‖周期，预计全球新能源发电新 增装机量有望维持稳定增长。

高纯石英砂是石英坩埚核心原材料，其纯度显著影响拉晶效果

高纯石英砂在光伏领域的应用为制造石英坩埚：石英坩埚是光伏领域高纯石英砂的主要制品，主要 应用于支持高温条件下连续拉晶，是用来装放多晶硅原料的消耗型石英器件。石英坩埚具有洁净、 同质、耐高温等性能。从物理热学性能上看，石英坩埚的形变点约为 1100℃，软化点约为 1730℃， 其最高连续使用温度约为 1100℃，短时间内可达到 1450℃，其高纯和高耐温耐久性为单晶拉制以及 单晶品质提供保障，是单晶拉制系统的关键辅料之一。

1）羟基（-OH）含量：坩埚中的羟基（-OH）是影响坩埚强度的核心因素，由于羟基的存在，改变了 SiO2的键合结构，致使坩埚的耐温性能大幅降低，例如坩埚中的羟基含量超过 150ppm，1050 摄氏度 就会开始软化变形，无法正常使用。坩埚中的羟基含量主要与坩埚制备所选取的工艺路线直接相关， 也与环境湿度以及原料选取等有关。

2）杂质含量：石英砂的流体包裹体和晶格杂质中的碱性离子的存在是导致石英坩埚析晶的主要因素， 尤其是碱金属离子的存在，将会降低析晶温度 200-300℃，导致析晶加速。石英坩埚内壁发生析晶时 有可能破坏坩埚内壁原有的涂层，将导致涂层下面的气泡层和熔硅发生反应，造成部分颗粒状氧化 硅进入熔硅内，使得正在生长中的晶体结构发生变异而无法正常长晶。此外，析晶将减薄石英坩埚 原有的厚度，降低了坩埚的强度，容易引起石英坩埚的变形。因此石英砂纯度对拉晶质量有较大程 度的影响。

3）气泡（气体包裹体）含量：气泡（气液包裹体）主要由结晶水和气组成，气的成分主要有 CO2、 H2O、H2O2、N2、CH4、CO。在坩埚使用过程中，由于与硅液接触的内表面不断向硅液中熔解，并且 伴随着透明层中的微气泡不断的长大，靠近最内表面的气泡破裂，伴随着硅液释放石英微颗粒以及 微气泡。而这些杂质会以微颗粒以及微气泡的形式伴随着硅液流遍整个硅熔体，直接影响到硅的成 晶（整棒率、成晶率、加热时间、直接加工成本等）以及单晶硅的质量（穿孔片、黑芯片等）。目 前，通过使用低气泡密度的高纯度石英砂作为石英坩埚的内层，可有效减少内表面气泡破裂现象， 为长时间拉晶（如多次复投料）提供保障。

连续多次投料等拉晶发展方向对石英砂纯度提出更高要求：拉棒单炉投料量是指一只坩埚用于多次 拉棒生产的总投料量，其中坩埚使用时间为关键因素之一。根据 CPIA 数据，2021 年，拉棒单炉投料 量约为 2800kg，较 2020 年的 1900kg 有大幅提升，主要得益于热场尺寸增加以及所拉棒数增加。在连 续投料和 RCZ 复投技术的应用下，拉晶对石英坩埚的寿命、强度和尺寸提出了更高的要求，对应到 坩埚的具体性能来看，石英砂的低气泡含量成为至关重要的指标。此外，拉晶厂对不断提升成晶率 和硅棒品质需求也对石英坩埚核心性能——内表层气泡含量提出更高要求。

光源：光源市场整体需求保持稳步发展

光源市场整体需求保持稳步发展：光源石英管是传统光源的重要原材料，一般用于生产卤素灯、HID 灯、汽车灯等照明产品以及红外加热灯、紫外杀菌灯等特种光源，是上述电光源产品的基本泡壳材 料。根据 QYR（恒州博智）的统计及预测， 2021 年全球光源市场销售额达到了 319.8 亿美元，预计 2028 年将达到 439 亿美元，年复合增长率（CAGR）为 4.2%（2022-2028）。

特种光源市场需求快速增长：近年来，特种光源仍在深度发展，农用植物生长灯、影院灯、激光灯、 半导体光清洗灯等高端光源石英材料市场需求仍保持一定的增速，尤其是在紫外领域特种光源更有 着 LED 无法比拟的优势。特种光源是采用特种石英材料作为主体材料的光源产品，这些特种石英材 料一般具有高透紫外光谱或红外光谱等性能的石英主体材料。红外加热、紫外固化、紫外线消毒、 紫外活化处理、紫外氧化、高品质分析等高端光源应用快速提升，其中红外光源广泛应用于热加工 工艺，紫外固化应用于涂料、颜料涂层领域。随着人们的个人卫生及公共安全意识大幅度提高，促 使消毒杀菌的紫外光源行业获得了空前的发展。紫外活化处理及紫外氧化应用于污水处理及废气降 解领域，也可应用于饮用水过滤领域，广受环保行业青睐，高品质分析及测量灯具越来越多的应用 于分析及测量设备领域；因此，随着我国工业技术的进一步发展、人们大健康意识日益提高以及高 尖端设备仪器的应用推广，促使未掺杂/掺杂浓度不一的天然石英玻璃管和合成熔融石英管的需求呈 现新高。

全球高纯石英原料储量有限，高纯石英砂产能平稳提升

全球共有 14 处高纯石英原料矿床，美国斯普鲁斯派恩(Spruce Pine) 矿的高纯石英原料资源规模最大： 目前，全球高纯石英原料矿床分布于美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、印度、中国、加拿大等 7 个 国家。除中国外，共有 14 处矿床，其中，有生产矿山的 7 处，尚未开采生产的 7 处。美国斯普鲁斯 派恩（Spruce Pine） 矿的高纯石英原料主要为花岗伟晶岩（白岗岩），矿源质量较高，资源规模最 大，超过 1000 万吨；资源量最小的是挪威德拉格（Drag）矿，仅有 26.7 万吨。

全球高纯石英原料存储量有限，呈现下滑趋势：随着新兴战略行业的不断发展，市场对高纯石英的 需求量逐渐增多，高纯石英原料存储量呈现下滑的趋势。根据智研咨询数据，以 SiO2 含量≥ 99.9% 为 口径，2014 年以来，高纯石英原料的存储量从 9494 万吨下降至 2019 年的 7287 万吨。储量结构方面， 巴西是高纯石英砂全球第一大资源量国，2019 年存储量为 2111 万吨，占比 28.97%，矿石类型主要为 天然水晶。但由于巴西政府强令禁止原矿出口，加上基础设施的落后和矿石质量变化大，出口量较 小；美国是第二大资源量国，2019 年资源量为 1822 万吨，在全球占比 25.0%，矿石类型主要为花岗 伟晶岩，分布在北卡罗来纳州 Spruce Pine 地区；加拿大位列全球第三，2019 年资源量为 1000 万吨， 占比 13.72%，矿石类型主要为脉石英，主要分布在魁北克省东南部约翰比兹湾的海岸带。我国的脉 石英和水晶 2019 年资源量为 685 万吨，其中水晶资源量仅为 0.69 万吨。挪威、俄罗斯和印度的脉石 英资源，马达加斯加的水晶资源在全球占一定比例。

全球 3N（SiO2>99.9%）以上高纯石英产能不断提升：全球生产高纯石英砂的国家主要有美国、中国、 挪威、加拿大、俄罗斯、巴西等国。随着技术的不断进步，全球及各国的高纯是石英产能在不断提 升。根据智研咨询数据，全球纯度在 3N 以上的高纯石英砂的产能从 2012 年的 105.22 万吨/年增长到 2019 年的 173.14 万吨/年，其中美国高纯石英砂的产能由 55.77 万吨/年增长到 95.23 万吨/年，中国高纯 石英砂的产能由 10 万吨/年增长到 27 万吨/年。

适用于光伏、半导体纯度等级的高纯石英砂产能有限：目前，纯度等级在 4N5（SiO2=99.995%）以上 的高端产品产能较少，这类高端产品主要用于制造石英坩埚、石英管、石英棒、石英舟和石英锭。 其中，石英坩埚内涂层对高纯石英砂纯度要求更高，纯度等级需要达到 4N8（SiO2=99.998%），而石 英坩埚外涂层、石英管、石英棒、石英舟和石英锭等产品达到 4N5 即可。根据我们的统计，目前 4N5 以上高纯石英砂产能较少，总产能不超过 10 万吨。

海外企业主导供应格局

美国尤尼明（现矽比科）、挪威 TQC 等海外企业主导高纯石英砂供应：全球范围内高纯石英砂的主 要生产厂商有美国矽比科，挪威 TQC 以及石英股份。美国矽比科与挪威 TQC 占有矿产资源优势，高 纯石英原料储量丰富、产品质量高，长期主导全球高纯石英砂供应。

1）矽比科：美国尤尼明自 1970 年起即在美国 Spruce Pine 矿区采矿，采用 MRL 改进的提纯工艺生产 高纯石英砂，并建立了超纯石英的 IOTA 标准，一度垄断了世界高纯石英砂市场。2018 年美国尤尼明 的高纯石英砂业务被整合至比利时矽比科集团，负责位于美国 Spruce Pine 的石英矿开发及高纯石英 砂生产。美国矽比科拥有的白岗岩矿石，矿体规模大、流体杂质少， 品质稳定，加之其领先的高纯 砂提纯技术，在全球高纯石英砂市场占据垄断地位。据统计，矽比科的高纯石英保有资源量可满足 数十年的矿山服务年限。

2）挪威 TQC： 挪威 The Quartz Corp（TQC）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。其石英矿石来源 有：一是和矽比科一样，来自北卡罗来纳州 Spruce Pine 地区的花岗质伟晶岩；二是挪威当地的石英。 TQC 将在美国 Spruce Pine 矿区开采的矿石在当地进行碎磨、分选和初次浮选，然后将半成品海运至 挪威的深加工厂，经二次浮选、磁选、酸浸、高温焙烧后，制得质量类似于矽比科高纯石英砂的产 品。据统计，TQC 公司拥有的高纯石英原料资源量大于 1000 万吨。

3）石英股份：2009 年，石英股份成功攻克了高纯石英砂提纯技术难题，实现了高纯石英砂规模化生 产。目前，石英股份高纯石英原料主要来源于印度、挪威、俄罗斯和美国的进口石英砂，以及部分 高质量国产石英矿。

高纯石英砂量产技术领先行业，光纤半导体业务持续突破

公司掌握高纯石英砂量产核心技术，外销规模快速增长

生产高纯石英砂具有较高的技术壁垒：生产高纯石英砂是一项复杂的系统工程，不仅需要高质量的 天然石英矿石、先进的生产设备，更需要严谨的粗碎、细碎、磨矿、浮选、磁选、化学、物理等多 个步骤的复杂工艺和核心的提纯技术，因此，进入高纯石英砂行业的技术门槛较高，目前国内外只 有少数几家公司掌握了高纯石英砂的生产技术。

连熔技术创新发展，半导体客户认证持续突破

高端石英管棒技术壁垒较高：生产高端石英管棒的核心技术主要体现在两方面，一方面需要高纯度 的石英砂原料，高纯石英砂提纯工艺十分复杂、技术水平要求高，全球仅有少量几家石英企业掌握 该技术，同行业公司进入该业务领域的壁垒较高；另一方面生产石英制品需要系统的连熔法等生产 工艺，该等生产工艺的应用除了需要先进的生产设备，还需要长时间的经验与技术积累，因此，行 业竞争对手进入高端石英制品领域所需的技术水平、研发积累等壁垒较高。

不断突破半导体石英产品国际认证，高端石英市场份额不断扩大：公司半导体领域用石英系列产品 陆续通过了日本东京电子株式会社（TEL）扩散和刻蚀领域官方认证，成为全球少数通过 TEL 高温扩 散领域认证的原材料供应商，实现了国产石英材料零的突破；特别是高温扩散领域认证，由于该认 证技术难度大、认证门槛高、认证程序复杂等特点，短期内难以有新的进入者。随着公司认证的逐 步推进，又通过了美国拉姆研究（LamResearch）刻蚀环节的国际认证；美国应用材料（AMAT）认证 也陆续取得阶段性成果，日本及国内其他国际知名半导体厂商认证也处于快速推进中。半导体产品 认证的逐步通过，使得公司在国际高端半导体石英材料应用市场的份额进一步扩大。

石英管棒出货量稳定增长，新增产能加速落地：公司石英管棒销量稳步提升，2021 年实现石英管棒 销量 9326 吨，同比增长 18.47%。公司加速推动石英管棒新增产能落地，6,000 吨/年电子级石英产品 项目预计 2022 年 10 月达产；1,800 吨/年的石英砣项目进展顺利，已建成投产。

市场化技术创新激励机制促长期高质量发展：公司把技术创新作为提升核心竞争力的关键，研发费 用率常年保持在较高水平。在以市场为导向、以绩效为核心的主导思想下，公司大力鼓励技术人员、 管理人员及一线员工开展新产品开发、新设备研究、新工艺革新等技术创新活动，以不断提高生产 效率，提升产品品质。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站