榕樹投資|高純石英砂研究
文章來源：黃安麟發(fā)布時間：2024-05-20
基本介紹
石英是無機非金屬礦物，主要成分是二氧化硅，是水晶、瑪瑙、河沙、硅石等的主要礦物成分，一般為無色或乳白色，質(zhì)地堅硬，常含有少量雜質(zhì)成分，如鋁、鉀、鈉、鋰等。石英砂是石英石經(jīng)粉碎、篩選、酸洗、水洗、煅燒等工序制成的石英顆粒，我國一般通過石英砂的二氧化硅及氧化鐵含量的不同對其進(jìn)行細(xì)分，主要分為普通石英砂、精制石英砂、高純石英砂和超高純石英砂。
從石英砂分類不難看出，在石英砂的幾種品類中，高純石英砂具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，其主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏、以及高級光學(xué)玻璃等高科技領(lǐng)域。
高純石英砂指 SiO2 純度極高、雜質(zhì)元素含量極低的石英微粉，通常由高品質(zhì)的天然石英礦物通過物理化學(xué)技術(shù)提純后生產(chǎn)。目前業(yè)內(nèi)對高純石英砂還沒有建立統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在考慮原料礦石質(zhì)量、測試手段、現(xiàn)有提純工藝和行業(yè)質(zhì)量要求的情況下，我國采用的高純石英砂的標(biāo)準(zhǔn)是SiO2 純度大于 99.9%的石英砂。
數(shù)據(jù)來源：《高純石英的概念及其原料品級劃分》
我國高端高純石英砂目前仍需從海外進(jìn)口。以 SiO2 純度為參考進(jìn)行分級，純度達(dá)到 99.9%為3N，達(dá)到 99.99%為 4N，達(dá)到 99.999%為 5N，目前全球可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的石英砂純度達(dá)到99.999%（5N）以上。市場依據(jù) SiO2 含量將高純石英砂分為低端、中端、高端產(chǎn)品，二氧化硅純度為 3N 到 4N 的為低端產(chǎn)品，加工難度較低，售價較低；純度為 4N 到 4N8 的高純石英砂為中端產(chǎn)品，此類產(chǎn)品原材料及提純工藝有更高要求；純度為 4N8 以上的高純石英砂為高端產(chǎn)品，此類產(chǎn)品受限于國內(nèi)石英原礦資源的匱乏，以及對提純工藝要求極高，目前國內(nèi)加工企業(yè)較少。我國低端、中端高純石英砂已實現(xiàn)國產(chǎn)化，高端產(chǎn)品仍以海外進(jìn)口為主。
高純石英砂供給分析
數(shù)據(jù)來源：《中國高純石英產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀及發(fā)展建議》
高品質(zhì)石英原礦較少且分散。由于高純石英砂的提純制備對原料礦石質(zhì)量要求較高，全球符合質(zhì)量要求的高純石英原料礦床稀少。根據(jù)王九一《全球高純石英原料礦的資源分布與開發(fā)現(xiàn)狀》統(tǒng)計，全球高純石英原礦主要分布于美國、挪威、澳大利亞、俄羅斯、毛里塔尼亞、中國、加拿大等 7 個國家，共 15 處礦床，生產(chǎn)礦山 8 處，未開采 7 處。合計儲量在6000萬噸+（加上印度在7000萬噸以上），中國儲量在685萬噸左右，全球在產(chǎn)礦的儲量在2300萬噸。
美國斯普魯斯派恩礦床滿足了全球大部分高純石英砂需求。斯普魯斯派恩礦具有礦體規(guī)模大、石英中流體雜質(zhì)少、礦石品質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，目前該礦供給了全球 90%以上的高純石英砂需求量。斯普魯斯派恩礦為白崗巖型高純石英礦，礦石的主要造巖礦物為斜長石、鉀長石、石英、白云母，幾乎不含鎂鐵質(zhì)礦物，石英的雜質(zhì)元素含量極低，可用于制造高純和超純石英。礦床的采礦權(quán)由美國矽比科公司（原尤尼明）及挪威 TQC 公司持有，其中矽比科公司的保有資源量可滿足其數(shù)十年的礦山服務(wù)年限，TQC 公司擁有的高純石英原料資源量大于 1000 萬噸。
主要生產(chǎn)企業(yè)
全球高純石英砂供應(yīng)企業(yè)較少，目前全球具有高純石英砂生產(chǎn)技術(shù)及大規(guī)模產(chǎn)出能力的企業(yè)僅有3家，分別為美國矽比科（原尤尼明）、挪威 TQC 以及中國石英股份。
美國矽比科公司
●原礦儲量最高，并掌握行業(yè)先進(jìn)的提純工藝，以花崗偉晶巖為原料提純高純石英砂，建立了超純石英的IOTA 標(biāo)準(zhǔn)，在全球高純石英砂市場中處于絕對霸主地位，壟斷著國際上 4N8 及以上的高端石英砂產(chǎn)品，其全球市場占有率達(dá) 90%以上。持有斯普魯斯派恩礦床采礦權(quán)是尤尼明公司成為全球高純石英砂巨頭的主要原因。
●美國礦砂是目前全球發(fā)現(xiàn)的唯一花崗巖石伴生的石英脈礦，目前此礦美國尤尼明、挪威TQC獨有（二家共礦開采），此礦優(yōu)點除了純度相對較高之外，做內(nèi)層砂使用時不易產(chǎn)生氣泡，成為現(xiàn)階段使用美國礦砂做石英坩堝內(nèi)層事實上最優(yōu)解。光伏坩堝內(nèi)層主要使用的就是來自于美國的礦源，其余礦源所產(chǎn)出的最高只有5%左右的高純石英砂能夠作為內(nèi)層使用。
挪威 TQC 公司
●依靠擁有美國斯普魯斯派恩礦源以及挪威本地石英礦成為全球第二大石英砂供應(yīng)商，其高純石英砂產(chǎn)品主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、太陽能、照明、光纖等領(lǐng)域。
石英股份
●集科研、生產(chǎn)、銷售為一體的高端石英材料深加工企業(yè)，是全球少數(shù)掌握高純石英砂量產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)，是我國目前唯一可以實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)高純石英砂的企業(yè)。石英股份高純石英砂原材料主要來自海外采購，目前已與海外石英石供應(yīng)商簽訂長期協(xié)議，高純石英砂供給能力進(jìn)一步鞏固，未來公司高純石英砂的產(chǎn)出量得到保障。
全球供給
海外供給：海外企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，美國矽比科宣布擴產(chǎn)，高純石英砂產(chǎn)量將倍增。
美國矽比科公司作為全球高純石英砂霸主，其產(chǎn)量直接影響全球高純石英砂供給量及行業(yè)供需關(guān)系。2023 年 4 月，美國矽比科公司宣布擴產(chǎn)計劃，矽比科將投資 2 億美元，計劃2023-2025 年期間將其美國斯普魯斯派恩工廠的高純石英砂產(chǎn)量增加一倍，預(yù)計整體供應(yīng)規(guī)模將新增 1.3 萬噸。短期來看，考慮到技術(shù)開采及擴產(chǎn)周期等因素影響，預(yù)計短期無法改變高純石英砂供給緊張的局面；中長期來看，雖矽比科擴產(chǎn)將倍增全球高純石英砂供給量，但在全球光伏行業(yè)高速發(fā)展下，高純石英砂的需求顯著增加，預(yù)計行業(yè)供需仍維持偏緊狀態(tài)。
國內(nèi)供給：高純石英砂產(chǎn)能將釋放，緩解國內(nèi)供需緊張問題。隨著近年來我國光伏及半導(dǎo)體行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)高純石英砂的需求大幅增加，且因國內(nèi)高品質(zhì)石英礦源稀缺、具備量產(chǎn)能力的企業(yè)較少等原因，我國高純石英砂存在供需缺口。石英股份近年來不斷擴大產(chǎn)能規(guī)模、增加產(chǎn)量來滿足國內(nèi)高純石英砂需求，截至 2022 年 3 月底石英股份高純石英砂產(chǎn)能達(dá) 3 萬噸/年，2022 年公司高純石英砂產(chǎn)量達(dá) 3.69萬噸。此外，石英股份持續(xù)擴張產(chǎn)能規(guī)模，推進(jìn)三期項目建設(shè)進(jìn)度，此項目將形成年產(chǎn) 6 萬噸高純石英砂、15 萬噸半導(dǎo)體級高純石英砂及 5800 噸半導(dǎo)體石英制品的生產(chǎn)能力，整個項目建設(shè)周期為 3 年，其中年產(chǎn) 6 萬噸高純石英砂項目預(yù)計在 2023 年年底和 2024 年上半年陸續(xù)釋放產(chǎn)能。隨著石英股份新增產(chǎn)能的投產(chǎn)，國內(nèi)高純石英砂供給將增加，一定程度上緩解國內(nèi)高純石英砂供給緊張問題。
下游應(yīng)用及供需
一、下游應(yīng)用/光伏、半導(dǎo)體、照明等
下游產(chǎn)業(yè)擴張迅速，對高純石英砂需求較大。高純石英砂因其獨特結(jié)構(gòu)優(yōu)勢具備耐高溫、低熱膨脹性、高度絕緣、耐腐蝕、透光性強等特點，作為原材料廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路、光伏、光纖、光源、薄膜材料、國防科技等領(lǐng)域，在高科技與高端制造領(lǐng)域中具備極高的戰(zhàn)略地位。近年來下游應(yīng)用領(lǐng)域多數(shù)正處于高速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)擴張迅速，對高純石英砂需求較大。
數(shù)據(jù)來源：石英股份招股說明書
二、下游應(yīng)用/光伏單晶硅核心耗材“石英坩堝”
1、 石英坩堝是光伏單晶硅生產(chǎn)的重要耗材部件。在單晶硅片生產(chǎn)流程中，石英坩堝是拉制單晶硅棒的消耗性器皿，用于盛裝熔融的硅液，是拉晶的關(guān)鍵耗材。
2、石英坩堝具備較強的消耗品屬性特征，一個36寸坩堝重約80公斤，消耗石英砂100公斤，使用壽命約400小時，報廢后需購置新的石英坩堝。
3、 石英坩堝分為外層（不透明層）、中內(nèi)層（真空透明層）。內(nèi)層砂對純度的要求更高，基本為進(jìn)口，中外層砂已逐步國產(chǎn)替代。
4、石英坩堝約占硅片生產(chǎn)成本的2%-3%，因此下游廠商對石英坩堝價格變化并不敏感。石英坩堝與下游硅片價格彈性小，提價可順利傳導(dǎo)。
5、 石英坩堝的原材料主要為高純石英砂、輔材料為石墨電極、石英板，高純石英砂成本占比60%-70%。
6、 從光伏的技術(shù)迭代角度來看，電池技術(shù)由P型向N型迅速迭代，而N型單晶硅片對石英坩堝原材料高純石英砂的純度及品質(zhì)要求更高，且所用的石英坩堝平均使用壽命比 P 型單晶硅片低50-100 小時（其使用壽命約為300-350 小時），N 型單晶硅片對石英坩堝的消耗速度更快，未來晶硅電池技術(shù)向 N 型單晶電池轉(zhuǎn)變將進(jìn)一步增加對高純石英砂的需求。
7、在價格不敏感、供給又嚴(yán)重依賴進(jìn)口的背景下，作為石英坩堝核心成分的高純石英砂無疑在價格上擁有較高彈性，上游企業(yè)也擁有較強的話語權(quán)。
三、下游應(yīng)用/半導(dǎo)體及其他
芯片制造：一方面，在光刻工藝中，高純度石英砂被用于制造光掩膜，光掩膜是在芯片上繪制電路圖案的關(guān)鍵工具，其精密度直接影響著芯片性能。另一方面，高純度石英砂還用于制造通訊設(shè)備、傳感器、微處理器等芯片元件，它的穩(wěn)定性和高溫耐受性使得芯片在復(fù)雜工作環(huán)境下也能夠長時間穩(wěn)定運行。
其他：除了芯片制造，高純度石英砂在光學(xué)領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。它透光性強，所以也被用于制造激光器、光纖通信器件、光學(xué)儀器等高精密度光學(xué)元件。在激光器中，高純度石英砂的高透光性保證了激光的高功率輸出，而在光纖通信中，高純度石英砂的純凈性則能確保信號傳輸?shù)母咝屎头€(wěn)定性。
供需測算
全球高純石英砂供應(yīng)企業(yè)較少，光伏用高純石英砂呈供需緊平衡狀態(tài)。海外方面，目前美國矽比科和挪威 TQC 光伏用高純石英砂供給量合計約 2.5 萬噸/年，TQC 近年暫無高純石英砂擴產(chǎn)計劃，矽比科 2023 年 4 月宣布 2023-2025 年期間將通過提高工藝效率逐步擴大產(chǎn)量，預(yù)計將新增 1.3 萬噸高純石英砂，考慮到技術(shù)升級需要一定的時間周期，預(yù)計新增產(chǎn)能主要在2025 年釋放。國內(nèi)方面，2023Q1 石英股份產(chǎn)能達(dá) 3 萬噸/年，隨著后續(xù)年產(chǎn) 6 萬噸高純石英砂新增產(chǎn)能的釋放，石英股份高純石英砂產(chǎn)量將增加；此外，合成石英砂技術(shù)突破后，國內(nèi)其他高純石英砂企業(yè)產(chǎn)量也有望小幅增長。預(yù)計 2023-2025 年全球高純石英砂供給量將達(dá)到6.9/10.4/13.4 萬噸，對應(yīng)供需平衡約-3.9/-2.7/-2.0 萬噸，光伏用高純石英砂將延續(xù)供需偏緊態(tài)勢。
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