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高纯石英砂行业研究:详析壁垒、供需和格局

作者: 点击:970 发布时间:2022-09-11

1纯度标准严格,各应用领域梯度明显

物化特性优异,各纯度标准产品应用领域不同,价格差异大

高纯石英砂具有优异的物化特性,应用领域广泛。高纯石英砂通常是指高纯石英砂。w(SiO2)>99.9%的石英粉一般由优质天然石英矿物纯化而成。高纯石英砂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、高绝缘、耐腐蚀等特点。

低端高纯石英砂已国产化,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<10ppm,Al2O3含量<25ppm石英产品。按产品标准可细分为低端(3)N),中端(4N),高端(4N8)产品、低端、中端产品已国产化,高端产品主要从海外进口。

高纯石英砂纯度高,杂质含量低于20ppm

高纯石英砂纯度高,杂质含量低于20ppm。高纯石英砂高端产品为尤尼明(北美)公司IOTA-STD为标准,十二种元素杂质含量小于20种ppm,其中碱金属(K,Na,Li)分别小于1ppm高科技产品。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,璃石英砂更严格

与光伏玻璃石英砂相比,玻璃石英砂更严格。光伏坩埚用石英砂的纯度应达到999.998%的光伏生产环节(如清洗环节)石英产品纯度要求为998%.99%以上高于光伏玻璃石英砂98%.纯度要求为55%,杂质含量标准也远高于光伏玻璃。

为了保证坩埚的熔化效果,严格控制各种金属杂质的含量。高纯石英砂纯度不足:1)熔化过程导致坩埚本身变形,降低坩埚使用寿命;2)影响单晶硅的纯度,降低硅棒的产量。

2“原矿”资源属性+“提纯”工艺建筑行业壁垒

可用于高纯石英砂生产的矿物类别有限

高纯石英砂矿源以花岗岩石英和脉冲石英为主。天然水晶纯度高,包裹体少。曾经是高纯石英原料,现在主要用作水晶工艺原料;天然水晶储量少,分布不均匀,我国水晶少。目前,花岗岩石英和脉冲石英是生产高纯石英砂的主要原料。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40%左右的长石、25%的石英、20%的微斜长石(一般为条纹长石)和15%的白云母;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,质量分布不均

全球高纯石英矿床分布在美国、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。

斯普鲁斯派恩矿在美国拥有独特的白岗岩型高纯石英原料矿,曾提供全球90%的高纯石英砂,尤尼明公司垄断IOTA在超纯石英的生产和销售中,其他很难找到类似的矿床。然而,近年来,各国加强了勘探和采矿,发现了10多种可用作高纯石英原料的矿床,生产低中高纯石英砂,逐步打破了斯普鲁斯派恩矿在高纯石英砂行业的垄断格局。

原矿的优缺点与纯度、包裹体的特性、元素的形式有关

原矿要求高:质量与杂质元素的含量不是简单的对应关系,而是与原料包裹体的特性、元素的存在状态和存在形式有关。

石英股份石英石原矿储备充足

石英股份原矿储备充足,可满足约4个要求.生产7万吨高纯石英砂。2016-19年石英股份有限公司H从1石英石的采购价格来看,单价逐年上涨。2021年底,石英股份原材料账面余额为23621万元。根据近年来石英石采购单价的趋势,假设以2500元/吨的单价计算,21年石英石库存约为9.4万吨。据估计,每2吨原矿可生产1吨高纯石英砂,预计21年底石英石库存将满足近4吨.生产7万吨高纯石英砂。

高纯石英砂主要采用矿物提纯法

高纯石英砂净化法的主要工艺流程是:原矿硅经洗矿机清洗,破碎机粗破,合格石英料放入烤箱,850℃~980℃在温度下烘烤6小时。烘烤后,将石英材料拖入清水中进行水淬,然后人工挑选去除杂质,送入破碎机进行破碎筛分,再将通过筛分的石英砂送入磁选机。磁选后,石英砂投入配备HCl和HF在酸缸中浸泡一周,再经浮选、脱水、烘焙、冷却、包装,制成高纯石英砂。

化学合成法:包括气相合成法、液相合成法、氟硅酸法等

化学合成法的技术路线包括气相合成法、液相合成法、氟硅酸法等。合成石英具有较高的纯度(6)N),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品。

气相法:以SiCl在氢氧气流高温下(1200-1600℃)水解成烟状SiO2、成品经冷却、分离、脱酸等过程后即可获得SiO2颗粒。通过控制温度和两步气相水解制备合成SiO2粉,但技术工艺复杂,效率低,技术不成熟。目前仅适用于实验室开发,难以大规模工业化生产。(报告来源:未来智库)

净化测试:国外,国内企业追赶

海外巨头拥有更完整的研发、检测体系,在产品稳定批量供应方面具有优势。

检测技术:试剂纯度、加工材料、生产环境对产品质量有影响,各环节在线检测可有效控制产品质量。IOTA标准高纯石英、化学分析法和X射线荧光光谱法(XRF)检测难以满足其质量检测要求。ICP-OES已成为检测高纯物料微量化学成分的有效方法。

3.供需有望保持紧密平衡,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组成部分,是拉制大直径单晶硅的消耗容器,主要用于装载熔融硅,制作后续工艺所需的晶棒。1978-1988年,我国电弧石英坩埚、高纯涂层坩埚、激光石英玻璃、高纯耐高温石英玻璃管等石英产品已开发实现大规模生产。1989-2000年,这一阶段主要是在引进国外先进技术吸收消化的基础上实现国有化。2000年以后,随着技术的进步,坩埚尺寸从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、内层约占30%-40%

坩埚结构:石英坩埚分为外层(不透明层)、中层和内层(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;中内层(透明层)均匀致密,表面光滑,能增强坩埚的强度(抗变形),降低内表面的温度(防失透)。根据每个坩埚制造商的配方差异,中内层砂的比例从30%到40%不等。

对高纯石英砂、低铝、低碱、抗析晶的要求较高

石英坩埚中内层对高纯石英砂、高纯、低铝、低碱、抗晶要求较高。坩埚内层是指透明层中接近内表面的1-2mm部分。坩埚对硅液的作用机制是,由于与硅液接触的内表面不断熔化到硅液中,随着透明层中微气泡的生长,内表面附近的气泡破裂,硅液释放石英颗粒和微气泡。这些杂质以微颗粒和微气泡的形式流过整个硅熔体,直接影响硅的成晶(整棒率、成晶率、加热时间、直接加工成本等)和单晶硅的质量(穿孔片、黑芯片等)。

石英坩埚尺寸大,使用寿命不断提高

大型石英坩埚:根据欧晶科技招股说明书,单个28英寸单晶坩埚重量超过40英寸


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