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(chǎn)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(jīng)提純后的一種礦產(chǎn)品，能夠提純生產(chǎn)高純石英的礦床稱為高純石英原料礦^[4]。

高純石英具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，特別是內(nèi)在的晶體結(jié)構(gòu)、形狀和晶格變化規(guī)律使其具有耐高溫、耐腐蝕、抗磨、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、壓電效應(yīng)、諧振效應(yīng)以及獨(dú)特的光學(xué)特性^[5]。高純石英砂主要應(yīng)用在石英玻璃和集成電路等行業(yè)，其高檔產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于新一代信息技術(shù)、高端裝備制造、新材料等產(chǎn)業(yè)^[6]。

1.2 高純石英的資源分布與開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)有資料，全球高純石英原料礦床分布于美國(guó)、挪威、澳大利亞、俄羅斯、毛里塔尼亞、中國(guó)、加拿大等7個(gè)國(guó)家。除中國(guó)外，共有14處礦床，其中，有生產(chǎn)礦山的7處，尚未開(kāi)采生產(chǎn)的7處。美國(guó)斯普魯斯派恩礦的高純石英原料資源規(guī)模最大，超過(guò)1000萬(wàn)噸；資源最小的是挪威德拉格礦，僅有26.7萬(wàn)噸^[7]。

在我國(guó)，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(guó)內(nèi)高純石英資源稀缺^[8]。天然水晶是一種無(wú)色透明的石英結(jié)晶體礦床，主要成分為SiO₂，其雜質(zhì)含量低，可以直接提純加工得到高純石英，雖然我國(guó)的天然水晶分布廣泛，但礦床規(guī)模小，儲(chǔ)量少，高額的提純成本限制了市場(chǎng)規(guī)模^[3，8]。

脈石英的形成主要與花崗巖有關(guān)的巖漿熱液作用有關(guān)，致密塊狀構(gòu)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(guó)的脈石英礦產(chǎn)資源具有分布廣泛、局部集中、礦床少、礦點(diǎn)多的特點(diǎn)，主要分布在江西、四川、安徽、黑龍江、新疆、陜西、浙江7個(gè)省(區(qū))，約占總資源儲(chǔ)量的84.74%^[8]。但是由于我國(guó)對(duì)于高純石英用脈石英原礦勘探?jīng)]有詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，且脈石英多呈脈狀、雞窩狀分布，礦床規(guī)模小，礦石品質(zhì)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(dǎo)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(zhì)穩(wěn)定的新類型資源^[9]。

高純石英是光纖通訊、光伏、半導(dǎo)體等必不可少的關(guān)鍵材料，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(guó)防軍工中具有十分重要的地位和作用^[3]，是世界公認(rèn)的戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源，日本、歐盟將其列為關(guān)鍵性礦產(chǎn)，俄羅斯已經(jīng)要求不再公開(kāi)高純石英的開(kāi)采量和使用量^[4]。

2.1 信息技術(shù)領(lǐng)域

高純石英原料可用于制作晶體管、存儲(chǔ)器和集成電路(芯片)等；用于制作通訊領(lǐng)域的石英光纖，玻璃基板，半導(dǎo)體化合物單晶及其生長(zhǎng)用的容器，光掩�；�板，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(guī)模集成電路封裝覆銅板以及環(huán)氧塑封料填料^[2，5]。

2.2 新能源領(lǐng)域

將金屬硅轉(zhuǎn)變成四氯化硅或三氯氫硅，經(jīng)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(yáng)能電池組件，石英玻璃用于核聚變激光點(diǎn)火裝置。

2.3 新材料領(lǐng)域

石英纖維可用于制造火箭的噴火口等高溫部件；電子級(jí)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(lǐng)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(lǐng)域

石英玻璃用于普通及精密光學(xué)透鏡、航空航天器的光學(xué)系統(tǒng)、紅外線搜索與跟蹤測(cè)量的光學(xué)系統(tǒng)、顯微光學(xué)儀器等窗口材料；石英球形微粉陶瓷復(fù)合材料用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等防熱瓦片，也是導(dǎo)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(dá)罩^[2，5]。

3.1 生產(chǎn)供應(yīng)現(xiàn)狀

我國(guó)生產(chǎn)高純石英的原料為脈石英和水晶，由于國(guó)內(nèi)水晶資源接近枯竭，因此，國(guó)內(nèi)主要采用脈石英為原料生產(chǎn)高純石英，但受礦石品質(zhì)的限制，生產(chǎn)出來(lái)的品質(zhì)主要為低端高純石英，高純石英目前被少數(shù)企業(yè)壟斷^[10]。

美國(guó)尤尼明是世界上領(lǐng)先的高純石英生產(chǎn)商，其高純石英砂原礦為北卡羅來(lái)納州Spruce Pine地區(qū)的花崗質(zhì)偉晶巖，具有礦體規(guī)模大、石英中流體雜質(zhì)少、礦石品質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，尤尼明的高純石英砂市場(chǎng)份額在全球市場(chǎng)中具有絕對(duì)壟斷地位^[10]。挪威TQC加工高純石英的原料來(lái)自Spruce Pine和挪威當(dāng)?shù)氐氖�英，公司在挪威每年被許可生產(chǎn)30000t的高純石英^[10]。中國(guó)江蘇太平洋石英股份有限公司是石英材料行業(yè)的龍頭企業(yè)，其原材料除少部分精選自東海地區(qū)獨(dú)特的石英礦石外，還不斷在全球范圍內(nèi)尋找優(yōu)質(zhì)石英礦源，并具備相當(dāng)數(shù)量的戰(zhàn)略儲(chǔ)備。由于國(guó)內(nèi)適用石英礦資源較少且環(huán)保要求趨嚴(yán)，石英股份石英石基本外購(gòu)，2021年海外采購(gòu)石英石占比為93.32%，主要采購(gòu)于巴西、非洲、印度、美國(guó)等國(guó)家和地區(qū)；主要供應(yīng)商較為穩(wěn)定，且簽訂長(zhǎng)期框架協(xié)議。石英股份是全球少數(shù)掌握規(guī)模化量產(chǎn)高純石英砂技術(shù)的企業(yè)之一，2021年高純石英砂產(chǎn)能為2萬(wàn)噸/年。

總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)高純石英生產(chǎn)技術(shù)起步較晚，2010年以前，我國(guó)高純石英一直依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)高純石英砂市場(chǎng)基本被美國(guó)尤尼明公司所壟斷。石英材料產(chǎn)業(yè)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(chǎn)品廠商差別較小，競(jìng)爭(zhēng)激烈，高端產(chǎn)品國(guó)內(nèi)供應(yīng)商較少^[6]。

3.2 需求情況

高純石英是半導(dǎo)體行業(yè)、光伏、光纖、電光源、航天航空等領(lǐng)域不可或缺的重要支撐材料，我國(guó)是高純石英消費(fèi)大國(guó)，2014年以來(lái)高純石英消費(fèi)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，由2014年的517.8萬(wàn)t增長(zhǎng)到2018年的804.6萬(wàn)t^[11]。受資源限制，2019年我國(guó)石英類產(chǎn)品進(jìn)口量277.01萬(wàn)t；其中SiO₂純度99.99%的超高純石英進(jìn)口量14.54萬(wàn)t，進(jìn)口價(jià)格高達(dá)9044.54美元/t。自2011年以來(lái)，石英類產(chǎn)品進(jìn)口量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)^[2]。

近年，光伏、半導(dǎo)體、光纖等需求的增加拉動(dòng)高純石英砂需求快速增長(zhǎng)。在半導(dǎo)體行業(yè)，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)全球半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）最新發(fā)布的報(bào)告顯示，2021年全球半導(dǎo)體銷售額為5559億美元，創(chuàng)歷史新高，同比增長(zhǎng)26.2%。中國(guó)市場(chǎng)銷售額為1925億美元，仍是全球最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，同比增長(zhǎng)27.1%。隨著物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、汽車電子等多項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體、芯片設(shè)備增長(zhǎng)明顯，將拉動(dòng)半導(dǎo)體用石英需求的增長(zhǎng)。在光伏行業(yè)，隨著國(guó)家政策的支持、行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)電成本將進(jìn)一步降低，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)存在巨大的市場(chǎng)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(dòng)高純石英砂需求持續(xù)放量。在通信行業(yè)，中國(guó)已成為全球最主要的光纖生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，光纖市場(chǎng)將進(jìn)一步釋放需求，帶動(dòng)石英材料需求量相應(yīng)提升。在電光源行業(yè)，隨著LED對(duì)白熾燈的替代加快，LED市場(chǎng)規(guī)模和滲透率不斷提升，石英管作為LED的制作原料，市場(chǎng)需求也會(huì)不斷增加^[11]。在航空航天領(lǐng)域，石英纖維是航空航天不可或缺的戰(zhàn)略材料，需求前景非常廣闊。

綜上，我國(guó)是高純石英消費(fèi)大國(guó)，中低端產(chǎn)品自給有余，但高端產(chǎn)品仍然高度依賴進(jìn)口，可用于生產(chǎn)高純石英的原料規(guī)模小，資源稟賦較差、供需形勢(shì)嚴(yán)峻。

當(dāng)前，加快產(chǎn)業(yè)發(fā)展，尤其是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造歷史性飛躍，是我國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)之一。戰(zhàn)略礦產(chǎn)在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有不可替代的作用，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全具有重大的戰(zhàn)略意義。

近年來(lái)，隨著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，例如新能源、半導(dǎo)體、航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展，高純石英的需求也極大地增長(zhǎng)。雖然我國(guó)石英礦產(chǎn)資源豐富，但是由于生產(chǎn)成本和提純工藝的限制，高純石英的供應(yīng)能力弱，進(jìn)口量大^[8]。對(duì)于高純石英及其原料的核心技術(shù)突破還有許多工作要做，因此，建議將高純石英列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄清單，從政策法規(guī)及國(guó)家戰(zhàn)略層面上加大石英礦產(chǎn)資源的勘察力度，尋找優(yōu)質(zhì)的高純石英原料，加強(qiáng)對(duì)高純石英的研究，減少我國(guó)高純石英的對(duì)外依存度，提高我國(guó)在高純石英行業(yè)的話語(yǔ)權(quán)。