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一文读懂高纯石英砂行业的壁垒、供需与格局

作者: 点击:1171 发布时间:2022-06-20

严格的纯度标准,每个应用领域都有明显的梯度。

具有优良的物化特性,各纯度标准产品应用领域不同,价格差异较大。

高纯石英砂具有优良的物理和化学特性,应用领域广泛。高纯石英砂通常指w(SiO2)>99.9%的石英粉,通常通过净化技术生产天然石英矿物。高纯石英砂具有独特的晶体结构和晶格变化规律,具有耐高温、热膨胀系数小、绝缘性高、耐腐蚀等特点。

低端。中端高纯石英砂已经国产化,高端主要从海外进口。目前国内学术界将高纯石英砂定义为:SiO2含量>99.9%,Fe2O3含量为10ppm,Al2O3含量为25ppm的石英产品。根据产品标准,可以细分为低端(3N).中端(4N).高端(4N8)。

纯石英砂纯度高,杂质含量低于20ppm。

纯石英砂纯度高,杂质含量低于20ppm。高纯石英砂的高端产品是以尤尼明(北美)IOTA-STD为标准的高科技产品,12种元素杂质含量小于20ppm,其中碱金属(K、Na、Li)分别小于1ppm。尤尼明公司生产的高纯石英砂系列产品占据了世界大部分市场,其石英产品纯度被称为高纯石英砂世界标准纯度。

与光伏玻璃石英砂相比,单晶坩埚使用高纯石英砂的标准要求更高。

与光伏玻璃石英砂相比,坩埚生产中使用的高纯石英砂标准更严格。光伏坩埚中使用的石英砂纯度应达到99.998%,光伏生产中使用的石英砂纯度要求(如清洗)应超过99.99%,均高于98.55%的光伏玻璃石英砂纯度要求,杂质含量要求远高于光伏玻璃。

为了保证坩埚的熔化效果,坩埚环节严格控制各种金属杂质的含量。如果高纯石英砂的纯度不足:1)熔化过程导致坩埚本身变形,导致坩埚使用寿命缩短;2)影响单晶硅的纯度,导致硅棒产量降低。

2原矿资源属性+净化工艺筑业壁垒。

矿物种类有限,可用于生产高纯石英砂。

高纯度石英砂的来源主要是花岗岩石英和脉冲石英。天然晶体纯度高,包装少,曾经是高纯度石英原料,现在主要用作晶体工艺原料;天然晶体储量小,分布不均,我国晶体较少。目前,花岗岩石英和脉冲石英是生产高纯度石英砂的主要原料。其中,花岗岩石英矿规模大,石英纯度高,但石英含量低。伟晶岩含有约40%的长石。25%石英。20%微斜长石(通常为条纹长石)和15%白云母;脉冲石英矿分布广泛,但规模相对较小。

全球高纯石英矿储量。

全球高纯石英原料矿床分布在美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、毛里塔尼亚、中国、加拿大、印度、巴西等9个。

美国斯普鲁斯帕恩矿有一种独特的白岗岩高纯石英原料矿,曾在全球提供90%的高纯石英砂。尤尼明公司还垄断了IOTA超纯石英的生产和销售,这在其他很难找到类似的矿床。然而,近年来,各国加大了勘探和采矿的力度,发现了10多张可用作高纯石英原料的矿床,生产低-中高纯石英砂,逐渐打破了斯普鲁斯帕恩矿在高纯石英砂行业的垄断格局。

原矿的优劣与纯度有关。包裹体的特征。元素存在形式。

原矿要求高:质量与杂质元素含量高低不是简单的对应关系,而是与原料包裹体的特性有关。元素的赋存状态与存在形式有关。

矿物提纯法主要用于生产高纯石英砂。

高纯石英砂净化方法的主要工艺流程是:原矿石洗涤机洗砂,破碎机破碎后,将合格的石英材料放入烘烤炉,在850℃~980℃下烘烤6小时,将石英材料拖入水中淬火,然后人工挑选杂质进入破碎机破碎筛选,然后通过筛石英砂进入磁选机,磁选石英砂进入HCl和HF混合酸浸泡一周,然后浮选。脱水。烘烤。冷却。包装,制作高纯石英砂。

化学合成法:含气相合成法、液相合成法、氟硅酸法等。

化学合成技术路线包括气相合成法、液相合成法、氟硅酸盐法等。合成石英具有更高的纯度(6N)和更好的光学性能,正逐渐成为生产7纳米以下半导体产品的替代材料。

气相法:成品的SiO2颗粒是在氢氧气流的高温下(1200-1600℃)水解制成的烟雾状SiO2,经过冷却、分离、脱酸等过程后获得。合成SiO2粉末是通过控制温度和气相水解来制备的,但其技术复杂,效率低,技术不成熟。目前仅适用于实验室开发,大规模工业化生产难度较大。(来源:未来智库)

净化检测:国外,国内企业追赶。

海外巨头拥有更加完善的研发、检测体系,在产品供应稳定方面具有优势。

检测技术:试剂纯度。加工过程中的材料。生产环境对产品质量有影响,每个环节的在线检测都能有效控制产品质量。对于IOTA标准的高纯石英,化学分析和X射线荧光光谱法很难满足其质量检测要求。目前,ICP-OES已经成为检测高纯材料微量化学成分的有效方法。

3供需有望保持紧平衡,价格仍有提升空间。

石英坩埚是拉制单晶硅的耗材。

石英坩埚:是光伏单晶炉的关键部件。它是一种用于拉动大直径单晶硅的消耗性容器。它主要用于容纳熔融硅并制造后续工艺所需的晶棒。1978-1988年,中国的电弧石英坩埚。高纯涂层坩埚和激光石英玻璃。高纯耐高温石英玻璃管等石英产品已经开发并实现了大规模生产。1989-2000年,这一阶段主要是在引进国外先进技术的基础上实现国有化。2000年后,随着技术的进步,坩埚的尺寸从12英寸发展到32英寸,少数企业已达到40英寸。

石英坩埚分为内、中、外三层,中、内层占比约30%-40%

坩埚结构:石英坩埚分为外层(不透明层)和内层(真空透明层)。外层(不透明层)含有大量气泡,加热均匀,保温效果好;中层和内层(透明层)均匀致密。表面光滑,可以增强坩埚的强度(抗变形),降低内表面的温度(防止损失)。根据各坩埚厂家的配方不同,中层和内层0%-40%。

高纯石英砂、高纯石英砂、低铝、低碱、抗沉淀晶体的要求较高。

石英坩埚的内层对高纯石英砂、高纯度、低铝、低碱和抗沉淀晶体有更高的要求。坩埚的内表面是指接近透明层内表面1-2mm的部分。坩埚在硅液中起作用的机制是,由于与硅液接触的内表面不断熔化到硅液中,并且随着透明层中微气泡的生长,靠近内表面的气泡破裂,硅液释放出石英微颗粒和微气泡。这些杂质将以微颗粒和微气泡的形式在整个硅熔体中流动,这将直接影响硅的晶体(完成率、晶体率、加热时间、直接加工成本等)和单晶硅的质量(穿孔片、黑色芯片等)。

石英坩埚尺寸大,寿命不断提高。

大型石英坩埚尺寸:根据欧晶科技招股说明书,单个28英寸单晶坩埚的重量超过40kg。在硅片大型化的趋势下,石英坩埚的尺寸和重量都在增加。同时,考虑到坩埚的厚度和高度在相同尺寸下也有差异,我们预计32英寸坩埚的重量约为70-80kg,36英寸坩埚的重量约为90-100kg。

全球装机容量增加+N型比例增加驱动需求快速增长。

N型硅片的比例增加:N型单晶电池的效率更高,预计2030年的比例将增加到50%。N型硅片对多晶硅原料和一些辅助材料的纯度要求更高,N型硅片更换石英坩埚的频率更高,因此对高纯石英砂的需求更高。因此,除了光伏下游总量的增加外,结构升级预计将有助于增加高纯石英砂产业。

22-24年全球高纯石英砂需求计算为6.2.8.2.9.9万吨。


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