中國粉體網(wǎng)訊
引言
高純石英（high-purity quartz），又稱高純石英砂,。它是二氧化硅純度大于99.9%（3N）的石英砂系列產(chǎn)品總稱,，其本質是一種石英晶體原材料，它以天然石英礦為原料,，經(jīng)提純加工而獲得,，具有極高二氧化硅純度及一定粒度。SiO2純度≥99.998%（4N8）的高純石英高端產(chǎn)品不僅是半導體,、光伏,、航天航空和高端電光源等行業(yè)的關鍵基礎材料，而且是我國芯片發(fā)展（晶圓制造與芯片封裝等）不可或缺的關鍵材料之一,，在電子信息,、新材料和新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以及國防軍工、國家安全中具有十分重要的作用和地位,。
1 高純石英原料
地殼中SiO2主要以石英等礦物的形式存在,，石英在地殼中分布是僅次于長石的礦物，占到地殼質量的12.6%,。石英的成因多種多樣,，但其礦床工業(yè)類型有天然水晶、石英砂巖,、石英巖,、粉石英、脈石英,、天然石英砂和花崗偉晶巖石英等7種,。石英原料決定了高純石英質量，選擇合適的石英原料是成功加工出高純石英的關鍵。目前,，能夠用作高純石英原料的礦床工業(yè)類型只有其中的天然水晶,、脈石英和花崗偉晶巖石英等3種。
1.1天然水晶
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(guī)模小，儲量少,，目前主要用作工藝品原料,。此外還存在開采條件差，價格昂貴,，成分不穩(wěn)定等缺點,，從而使其難以實現(xiàn)標準化。
1.2脈石英
脈石英是一種幾乎全部是致密石英塊體組成的脈狀體,，礦石由隱晶質石英組成,，白色、乳白色,，多呈粒狀結構,、塊狀構造，主要成分都是SiO2,，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,，是加工高純石英的理想礦物原料,。
我國的脈石英礦產(chǎn)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(區(qū)),，約占總資源儲量的84.74%,。與天然水晶相比，其資源儲量相對比較豐富,，同一礦區(qū)的脈石英礦石質量相對比較穩(wěn)定,，為礦物原料均一化加工創(chuàng)造了條件，所以是生產(chǎn)高純石英的重要礦物,。
但是由于我國對于高純石英用脈石英原礦勘探?jīng)]有詳細的標準,，且脈石英多呈脈狀,、雞窩狀分布,，礦床規(guī)模小，礦石品質不穩(wěn)定,，這些脈石英礦床中可能只有很少一部分能生產(chǎn)出適用于半導體工業(yè)和芯片制造行業(yè)的高純石英砂,，難以滿足高純石英高端產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)的需要，亟待尋找礦體規(guī)模大,、礦石品質穩(wěn)定的新類型資源,。
1.3花崗偉晶巖石英
花崗偉晶巖石英又叫花崗巖石英或偉晶巖型石英。是一種具有與花崗巖相似的造巖礦物,，產(chǎn)出粗大晶體,、文象結構,、內部礦物－結構分帶等特征性結構的火成巖。
花崗偉晶巖是稀有金屬,、云母,、陶瓷長石、高純石英和寶石的重要賦存巖石,�,；◢弬ゾr石英含量僅30%左右，但石英晶粒極粗,，磨礦后與脈石完全解離,，且單體石英雜質含量極少。
花崗偉晶巖石英呈脈狀,、透鏡體,、板狀、巖種體,、不規(guī)則體等形態(tài)產(chǎn)出,，常呈偉晶巖群出現(xiàn),。其偉晶巖脈規(guī)模不等，出露寬幾十厘米至幾百米不等,，延伸長可達幾公里,。花崗偉晶巖石英礦具有規(guī)模大,、品質高的特點,。
2 高純石英制品及應用領域
高純石英根據(jù)SiO2含量不同，應用領域也不同,，其中含量為99.5%～99.99%用于光源行業(yè),；含量高于99.99％用于高端光學器件、激光器件,；含量為99.995％～99.9999％用于半導體,、光伏等產(chǎn)業(yè)。對高端石英玻璃加工時,，石英玻璃在1×10－６水平上的純度差異對等離子體電阻性能沒有影響,，不同工藝制備的樣品的蝕刻速率之間沒有差異 。
2.1石英坩堝
石英坩堝是具有不同尺寸大小的圓堝狀石英玻璃制品,，具有氣泡極少（內層）,、二氧化硅純度極高和熔點高等優(yōu)勢，用于直拉法拉制芯片和光伏產(chǎn)業(yè)必需的單晶硅棒,。
由于單晶硅棒生長時間長,、工藝條件苛刻，所以對坩堝用高純石英砂技術指標提出了極高要求,，除要求氣液包裹體極少外,，還要求二氧化硅純度≥99.998%（4N8），對其他雜質的分項指標也有嚴格的要求,，即鋁為8×10-6～15×10-6,，鈦≤2×10-6，其他雜質均＜1×10-6,。
2.2石英砣
石英砣是呈圓砣狀的透明石英玻璃原材料,，具有透明度高、氣泡少,、膨脹系數(shù)低,、抗熱震性能優(yōu)異和可加工性等優(yōu)勢，主要用于生產(chǎn)半導體石英玻璃制品,，包括石英舟,、石英法蘭和石英鐘罩等產(chǎn)品，以及各種光學石英玻璃制品等,。
2.3石英管
石英玻璃管根據(jù)尺寸大小和二氧化硅純度不同,，有多種產(chǎn)品規(guī)格,，如大管和小管，所對應的石英砂分別稱為大管料和小管料,。石英玻璃管具有熔點高,、抗熱震性能優(yōu)異和易于擴縮加工等優(yōu)勢，主要用于芯片和光伏半導體硅片加工處理的擴散爐管等,，在航天航空,、武器裝備領域用來制作整流罩、雷達罩,、隔熱罩,、透波材料及耐高溫材料等，還用于制造鹵素燈等各種光電源器件,，以及高純石英提純加工等,。
2.4石英纖維
石英纖維是一種高性能無機纖維，制備原料為高純度二氧化硅或天然的石英晶體,。它保持了固體石英的部分性能和特點,，是一種良好的耐高溫材料,，并可作為先進復合材料的增強體,。石英纖維的純度很高(≥99.9%)，這使得其具備一些良好的特性,，如抗燒蝕性強,、耐溫性好、導熱率低,，且其化學穩(wěn)定性高,，介電性能也較為優(yōu)良。
3 高純石英市場結構
3.1高純石英砂主要生產(chǎn)企業(yè)
我國高純石英砂產(chǎn)能較為分散,，主要分布在江蘇,、廣西,、湖北等地,，高純石英砂代表企業(yè)主要有石英股份、菲利華和凱盛科技等,。目前國內石英股份生產(chǎn)的高純石英砂最為突出,，可做石英坩堝內層砂使用,。
3.1.1石英股份
江蘇太平洋石英股份有限公司是一家集科研、生產(chǎn),、銷售為一體的高端石英材料深加工企業(yè)，是國內第一家,、全球第三家具備規(guī)�,；a(chǎn)高純石英砂的企業(yè)。公司生產(chǎn)的石英材料廣泛應用于光源,、光伏,、光纖,、光學及半導體等領域,，主導產(chǎn)品有高純石英砂、石英管（棒）,、大口徑石英擴散管,、石英筒、石英錠和石英板等多種石英器件,，除此之外每年僅對外出售少量4N級高純石英砂。石英股份生產(chǎn)高純石英所用石英資源主要來自印度脈石英,。截至目前,，石英股份年產(chǎn)6萬噸高純石英砂項目已順利完成,，半導體三期新項目部分建成，高純石英砂的生產(chǎn)能力創(chuàng)新高,。
3.1.2菲利華
湖北菲利華石英玻璃股份有限公司現(xiàn)為國內外具有較大影響力和規(guī)模優(yōu)勢的石英材料及石英纖維制造企業(yè)，全球少數(shù)幾家具有石英纖維批量生產(chǎn)能力的制造商,。截至目前，菲利華已具備光伏領域用高純石英砂,、石英玻璃材料、石英玻璃制品全產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)營能力,。其高純石英砂項目一期10000噸目前已建成達產(chǎn)，產(chǎn)品主要應用于光伏和光通訊等領域,。
3.1.3凱盛科技
目前凱盛科技有兩種生產(chǎn)工藝：一種是合成法制備的高純二氧化硅主要應用于晶圓用CMP、5G,、光伏、半導體及集成電路芯片行業(yè),；另一種是是以晶體原料提純雜質方式生產(chǎn)的高純石英砂，產(chǎn)品純度可達4N8以上,，產(chǎn)品主要用于光伏/半導體用石英坩堝原材料等。提純法制備的高純石英砂主要是用于光伏石英坩堝外層,，產(chǎn)能有5000噸。提純法中試線產(chǎn)品可用于中內層,，已經(jīng)有小量供貨,。
3.2消費領域
高純石英具有耐高溫、耐腐蝕,、強度高,、透光率高、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)異的物理化學特性,，是石英玻璃、硅材料及相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質基礎,，廣泛運用于電子信息,、光伏,、半導體、光纖通信和電光源等行業(yè),。據(jù)粉體價格指數(shù)報道，在高純石英的終端應用中,，半導體、光纖,、光伏,、光學和電光源行業(yè)的占比分別為50%、23%、17%,、5%和5%,，其中光纖、光伏和半導體是增長較快的領域,。
3.2.1光伏
在光伏行業(yè),，隨著國家政策的支持,、行業(yè)技術的進步,，發(fā)電成本將進一步降低，我國光伏產(chǎn)業(yè)存在巨大的市場空間及發(fā)展?jié)摿�,。隨著光伏行業(yè)的迅速發(fā)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(xù)放量,。
光伏級高純石英砂通常用在光伏管,、棒，光伏坩堝外層料,、內層料等,，具有好的抗析晶性，耐高溫,、強度高等特點,。光伏管、棒,，光伏坩堝外層料通常總雜質含量≤25μg/g,，其中K,、Li、Na含量和≤2.5μg/g,；粒度70～350μm,；光伏坩堝內層料通常低堿，低包裹體,，超高純，粒度70～350μm,，如美國尤尼明公司IOTA−8,。
3.2.2半導體
半導體級高純石英砂通常用在半導體坩堝,、半導體管,、外層料等產(chǎn)品中,，半導體級高純石英砂產(chǎn)品,，具有純度高,，有好的抗析晶性，耐高溫,、強度高等特點。半導體管、外層料原料通常低鐵含量,、低堿金屬含量,、低羥基含量，如江蘇太平洋PQE系列,；粒度一般在100～400μm左右,；半導體坩堝原料通常低堿，低包裹體,，超高純,，粒度70～350μm，如美國尤尼明公司IOTA−8,。
3.2.3光纖
目前,，我國已建成全球規(guī)模最大、技術領先的光纖寬帶和移動通信網(wǎng)絡,。近年來,，光纖發(fā)展較為平穩(wěn)。但隨著光纖行業(yè)的技術進步,、政策支持的共同推動,，未來發(fā)展前景廣闊，預計將重回增長態(tài)勢,。
利用纖芯和包層折射率差實現(xiàn)光傳導：纖芯加少量氧化鍺,，增強折射率；包層玻璃加入少量B,，降低折射率,。纖芯多為人造高純石英；包層通常為低堿,，超高純,，如挪威TQC公司NC4XF系列產(chǎn)品。
3.2.4電光源
電光源級高純石英主要應用在汽車氙氣燈,、醫(yī)用紫外線殺菌燈,、高壓汞燈、金屬鹵化物燈,、特種光源用石英管棒等產(chǎn)品中,，具有耐高溫、透光度高等特點,。不同領域對雜質要求不同,，如美國尤尼明公司IOTA-6可做UHP光源玻璃；IOTA-CG,，STD可做金屬鹵化物燈,，粒度40~200目,。
其中，特種石英光源因為其獨特的性能優(yōu)勢持續(xù)平穩(wěn)發(fā)展,，尤其在紅外加熱,、紫外固化、紫外線消毒,、準分子燈等領域應用逐步提升,。隨著特種光源的深度發(fā)展，給特種光源用石英材料也帶來了一定的機遇,。
3.3市場規(guī)模
3.3.1進出口數(shù)據(jù)
我國是高純石英砂的消費大國,，2020年國內中高端高純石英消費量約為21萬t，4N5級及以上高端高純石英消費量為6萬t,，國內高純石英尤其是高端高純石英原料供給嚴重不足,，每年需要大量從國外進口，主要進口來源國為美國,、挪威,、日本以及德國。
3.3.2市場預測
全球半導體行業(yè)總體上保持著高速發(fā)展的態(tài)勢,，國內數(shù)字化產(chǎn)品需求將繼續(xù)保持高速增長,，隨著我國越來越重視芯片半導體國產(chǎn)化生產(chǎn)，我國半導體行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模也將快速擴大,，根據(jù)CSIA的數(shù)據(jù),，預計到2025年，中國半導體行業(yè)規(guī)模復合增長率約為15%,。中國是最大的光纖消費國,，近年來，隨著中國5G建設等,，光纖消費需求增長迅速,，近幾年雖然增速有所下降，但未來仍將保持穩(wěn)定增長,，根據(jù)英國商品研究所CRU預測,，到2025年中國光纖需求量將達到2.83億芯公里，年復合平均增長率約為2.9%,。
此外,，除上述領域需求快速增長外，電光源,、光學等領域也將保持相對穩(wěn)定需求,。綜合各行業(yè)消費增長測算，預計到2025年我國4N級及以上高純石英需求將快速增長到38.31萬t,，年復合增長率為12.8%,，其中4N5級及以上高純石英需求將超過8萬t,。
4結論
高純石英是半導體、光纖通訊,、光伏,、航天,、電光源,、光學儀器等高新技術產(chǎn)業(yè)的重要原材料。隨著相關產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,對高純石英的需求也在持續(xù)增長,。未來伴隨我國經(jīng)濟高質量發(fā)展,，高純石英消費量將進一步提升。預計到2025年我 國4N級及以上高純石英需求將快速增長到38.31萬t下一步,，應進一步加強高純石英的市場戰(zhàn)略研究,，合理引導國內高純石英生產(chǎn)企業(yè)有序擴產(chǎn)，鼓勵石英股份,、菲利華,、凱盛科技等高純石英企業(yè)與國內科研院所、高校等進行聯(lián)合攻關,，突破技術瓶頸,，不斷提升企業(yè)產(chǎn)品品質,。
參考來源：
[1]汪靈. 高純石英的概念及其原料品級劃分[J]. 礦產(chǎn)保護與利用, 2022, 42 (05): 55-63.
[2]汪靈, 李彩俠, 王艷, 殷德強. 我國高純石英加工技術現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J]. 礦物巖石, 2011, 31 (04): 110-114.
[3]李愛民, 萬燁, 常欣, 劉見華, 曾曉國, 袁振軍. 高純合成石英的制備技術和應用[J]. 有色設備, 2021, 35 (06): 62-65+74.
[4]張海啟, 張亮, 劉磊, 曹飛. 全球高純石英資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及供需分析[J]. 礦產(chǎn)保護與利用, 2022, 42 (05): 49-54.
[5]李作敏,譚秀民,張亮,李建國,郭敏,劉航濤,劉磊,呂振福.曹飛.我國石英資源的開發(fā)利用特點及應用進展[J],，礦產(chǎn)保護與利用,。2024.44(2):115-123.
[6]汪靈.石英的礦床工業(yè)類型與應用特點[J].礦產(chǎn)保護與利用,2019,39(06):39-47.
[7]張海啟,馬亞夢,譚秀民,武志超.高純石英中雜質特征及深度化學提純技術研究進展[J].礦產(chǎn)保護與利用,2022,42(04):159-165.
[8]張生輝,王振濤,李永勝,莫宣學,董慶吉,陳叢林,耿林,王利,張海啟,譚秀民,薛迎喜,周尚國,田郁溟,姚超美,焦森,陳正國,陳軍元,王壽成,張浩鈺,付水興,王春連,王永.中國關鍵礦產(chǎn)清單,、應用與全球格局[J/OL].礦產(chǎn)保護與利用:1-51[2023-02-07].
[9]賈德龍,張萬益,陳叢林,李永勝,吳冬梅,崔敏利,張翠光.高純石英全球資源現(xiàn)狀與我國發(fā)展建議[J].礦產(chǎn)保護與利用,2019,39(05):111-117.
[10]顏玲亞,劉艷飛,于海軍,陳軍元,焦麗香.中國高純石英資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及供需形勢[J].國土資源情報,2020(10):98-103.
[11]王九一. 印度北部某4N8級高純石英原料研究及其對我國的找礦啟示[J]. 巖石礦物學雜志, 1-19.
[12]歐陽靜, 陳廣, 梁力行, 彭勇慧, 周文韜. 石英礦物資源的提純及在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的應用技術分析[J]. 礦產(chǎn)保護與利用, 2021, 41 (06): 35-45.
[13]張海啟, 譚秀民, 馬亞夢, 陳叢林, 張生輝, 王利, 劉磊, 朱黎寬, 郭理想, 張宏麗, 劉廣學. 新疆阿爾泰偉晶巖型高純石英礦床地質特征及4N8級產(chǎn)品制備技術[J]. 礦產(chǎn)保護與利用, 2022, 42 (05): 1-7.
[14]郝文俊, 馮書文, 詹建華, 等. 全球高純石英資源現(xiàn)狀,、生產(chǎn),、消費及貿易格局[J]. 中國非金屬礦工業(yè)導刊, 2020(5): 15−19.
[15]張艷紅, 楊靜, 韓雅芳, 張慶聆. 高純石英的發(fā)展現(xiàn)狀,、消費及市場預測[J]. 建材世界, 2023, 44 (02): 1-5.
[16]中國光伏行業(yè)協(xié)會[EB/OL]. [2022-09-20].
[17]中國半導體行業(yè)協(xié)會[EB/OL]. [2022-09-20].
[18]Commodity Research Unit[EB/OL]. [2022-09-20].
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思）
注：圖片非商業(yè)用途,，存在侵權告知刪除,！
