一、概述

石英是常见矿物之一，主要应用于玻璃、建筑、装饰等传统行业。高纯石英指SiO2纯度极高（＞99.9%）、杂质含量极低（＜20ppm）的石英及制品，是半导体、光伏、光纤、精密光学、照明设备、新型玻璃等产业的重要功能材料，具备硬度大、膨胀系数低等特点。

原则上说，高纯石英不是一种矿产，而是由水晶、脉石英、石英岩、花岗伟晶岩等矿石作为原料经过提纯后的一种产品，能够提纯生产高纯石英的矿床成为高纯石英原料矿。

行业内，对“高纯”存在多种规格，质量上无统一标准。依据纯度大致可分为硅石、普通石英砂、精制石英砂和高纯石英砂。不同纯度的石英砂在耐高温、耐腐蚀、透光等方面存在差异，故应用场景也有明显区分，从基础的硅酸盐建材原料到精密仪器制造均有涉及。此外，硬度、粒径、色彩等也是石英砂重要的参数指标。

当前，高纯石英砂国际公认标准以尤尼明IOTA-CG为准：国际公认的高纯石英砂是以美国尤尼明公司（现矽比科）IOTA-CG为标准，十二种元素杂质（Al,K,Na,Li,Ca,Mg,Fe,Mn,Cu,Cr,Ni,B）的含量小于20ppm，其中碱金属（K,Na,Li）分别小于1ppm的高技术产品。

我国学术界认为，SiO2纯度大于99.9%（3N），Fe含量小于10*10-6、Al含量小于25*10-6为高纯石英，进一步可划分为低端（3N）、中端（4N）、高端+（≥4N8）产品。

目前，4N级产品主要应用于高级照明、电子封装工业等领域；4N8主要用于光伏、通信等领域；5N级产品则主要应用于半导体、芯片制造等领域。

总体来说，高纯石英属于战略资源，各国政府一直将其列入高技术领域，由于其提纯技术难度较高且高纯石英矿源存量有限，因此其制备技术和出口也受到严格保护和限制。欧盟和日本将其列为关键性矿产，俄罗斯已要求不再公开高纯石英原料的开采量和使用量。

目前，可规模化量产的石英砂最高纯度可以达到99.999%（5N）及以上，全球具备此规模化量产水平的国家主要有美国、挪威、日本、俄罗斯、英国和德国等。

由上可知，高纯石英砂物化特性优异，纯度高、杂质含量低于20ppm是基本要求是基本要求。各纯度标准产品应用领域不同，价格差异大。

4N级产品主要应用于高级照明级产品主要应用于高级照明、电子封装工业等领域，价格在价格在600-1,500美元/吨；4N8级产品主要用于光伏、通信工业领域，价格在5,500-8,500美元/吨；5N级产品则主要应用于半导体级产品则主要应用于半导体、芯片制造领域，价格在12,000-15,000美元/吨。

为保障拉制晶硅的纯度及坩埚使用寿命，坩埚所用高纯石英砂SiO2含量需达99.998%以上（高于光伏玻璃的98.55%）。

据粉体网数据，2023年4月2～3N石英砂价格约在400~600元/吨；纯度4～4N5价格约为50,000~120,000元/吨；而4N8价格在120,000元/吨以上，且市场供不应求。

二、制备工艺

石英矿中的杂质按组成和存在形式，可分为结构组成性杂质和非结构组成性杂质两类。

非结构组成性杂质就是指附着在晶体表面或者填充在裂缝中的杂质，如长石、金红石、云母和黏土矿物等，这类杂质通常较容易去除；结构组成性杂质是晶体在生长过程中其他矿物溶液渗入其中，从而被包裹在晶体内部的杂质。

这类杂质又分为包裹体和杂质离子两种形式，由于这类杂质存在于晶体内部较难除去，因此，如何除去石英晶体内部的杂质，是制备高纯石英砂的关键。

综上，高纯石英的提纯加工，是指除去石英原矿中伴生的包裹体杂质及晶体结构杂质的作业过程，通常包括煅烧、水淬、矿磨、分级、水洗脱泥、擦洗、电选、磁选、浮选、酸浸、碱浸、高温（气氛）焙烧等工序。可根据加工目的不同，将其分为选前作业准备、预先选别作业、矿物分选作业及深度提纯等。

1.预处理

（1）粉碎-分级预处理

预处理阶段目的是初步筛选杂质或将石英原料破碎到有利于杂质释放与后续处理的所需的粒度，一般采用机械破碎、电动粉碎、光学分选、超声破碎、热冲击破碎等处理方式。

石英粉碎处理需要考虑到有效单体的解离效果和粉碎过程中二次污染两个方面的因素。石英解离过程中为了避免铁杂质的二次污染影响和提高解离效果，可采取热力粉碎、高压脉冲粉碎、超声破碎等方式。不过这些方法缺点是能耗大、成本高，而传统机械法相较于上述方法具有低成本和较高的二次污染等特点。

传统机械法是使用颚式破碎机或锥形破碎机将矿物粉碎到所需的粒度，颗粒形态为不规则棱角状。

相对于传统机械法，脉冲放电破碎岩石具有更明显的优势，高压放电产生的冲击波，使岩石沿晶界断裂并有选择性地指向矿物包裹体，有利于杂质的释放和后续的处理，还可最大程度地保留矿物的粒度和形貌特征；脉冲放电破碎通常在水介质中进行，具有无尘环保的特点。与传统破碎相比，电动破碎在处理杂质方面更有效，而且不会引入大量的铁污染。

（2）共伴生独立矿物分选

分选石英中，矿物杂质最常用的方法是磁选和浮选。多段强磁选不仅可以从石英中分选出已单体解离的强磁性和弱磁性矿物杂质，而且对石英中磁性矿物包裹体和连生体也有一定的分选效果。

云母、长石等硅酸盐矿物是石英中铝杂质的主要来源之一，由于其与石英物理、化学性质相似，常采用浮选法进行分离。为了有效降低石英中铝杂质含量，需要进行多次精选。通过预处理和物理分选后，石英中绝大部分独立矿物杂质已被分离，SiO2含量一般可以达到99.9%左右，但并未达到高纯石英的技术要求，主要因为预处理和物理分选只对石英和独立矿物杂质分离具有较好效果，对降低石英中包裹体和晶格杂质几乎无作用。

2.焙烧-水淬

高温煅烧，使得石英晶体膨胀，经水淬后，晶体表面和内部会产生大量的裂纹。裂纹通常出现在界面处以及晶体结构的缺陷处，通过改变煅烧的温度和时间，使包裹体爆裂，其内部的杂质迁移至表面，易于在后续处理中被除去。

有研究人员研究了焙烧对包裹体和杂质铁的去除率的影响，研究数据表明，在900℃焙烧了2小时后，杂质铁的去除率达到了41%，同时发现石英原料中水的吸收峰大幅度减少，说明石英砂内部的包裹体经焙烧处理后被去除，达到了提纯效果。

3.水洗-分级脱泥-擦洗

水洗和分级脱泥是一种使用较为普遍的选矿方法，对于石英矿表面附着的黏土性矿物，具有较好的剔除效果。如宿迁某地的石英矿中含有黏土矿物、铁矿等，其杂质组成主要是Fe2O3和Al2O3。

采用螺旋分级机对其进行分级脱泥，经过脱泥处理，原矿中Fe2O3和Al2O3的含量明显下降，使处理过后的精矿纯度达到86.36%，显示出一定的除杂效果。然而，对于石英砂表面粘附性较强的物质，采用这种方法很难去除干净，需要进一步擦洗处理。

擦洗是借助机械外力除去石英砂表面的粘附性较强的杂质矿物的过程。擦洗效果与擦洗机的结构、擦洗时间、擦洗次数、样品的浓度等因素有关。以安徽潜山的石英为研究对象，采用热碱自磨的擦洗方法，使SiO2含量由99.5%提高到99.95%，杂质铝从100mg/kg下降到50mg/kg，去除率达到50%，铁杂质从60mg/kg下降到15mg/kg，去除率达到75%。

另外，添加药物增大摩擦力能够提高擦洗过程中的分离效果。研究人员使用助擦剂对云南某地的石英矿采用加药擦洗、分级、脱泥、酸浸联合工艺进行提纯，将SiO2含量为98.78%原矿提纯至99.98%，使杂质Fe2O3、Al2O3含量分别从0.26%、0.37%降至0.001%和0.02%，达到高纯石英砂的标准。

4.重选-磁选-浮选

不同矿物的密度各不相同，利用重力对矿物颗粒的影响，使不同矿物分离的选矿方法即为重选。重选具有一定的除杂效果，但是难以达到生产要求，因此多用于粗选。

磁选是利用磁力剔除石英矿中带有磁性的杂质的过程，例如钛铁矿、黑云母等带有磁性的杂质可以通过磁选除去。浮选可以用来除去颗粒细小的杂质矿物。

石英砂中的石英是反磁性物质，在磁场中不能被磁化，而其中含Fe、Ti的杂质大多是顺磁性物质，可以被磁化，从而通过磁选可以除去含Fe、Ti的杂质，获得很高的石英砂含量。磁选通常采用的设备是湿式强磁选机。

研究人员对焙烧后的石英砂进行磁选实验，磁选设备为周期式高梯度磁选机，磁选后的Fe、Ti含量均显著降低，该实验选出的磁选最优条件为：磁场强度1.7T，磁选次数1次。

浮选是通过矿物颗粒表面上的不同物理和化学性质对矿物颗粒进行分离的过程，主要功能是从石英砂中除去相关的矿物云母和长石。

以上步骤为物理选矿法，只能去除矿物结构类的杂质，很少能除去石英砂表面的杂质。石英砂越纯，利用价值越高，所以需要化学方法对物料选矿后的石英进行提纯处理。

5.酸浸

除了氢氟酸和热磷酸以外，SiO2几乎不溶于所有的酸，利用这一特点对石英砂进行酸浸处理可以进一步剔除石英砂中的Fe、Al、Ga、Mg、Na、K等金属杂质离子，使其中杂质离子的含量降低至高纯石英砂的标准，石英砂表面及缝隙中的杂质可以通过酸浸最大限度地去除。

与物理选矿相比，化学处理去除杂质效率更高，酸可在微裂缝和晶界内深度渗透的优势可更好的处理包裹体和晶格类型的杂质。酸洗、浸出和热氯化是三种主要的化学处理工艺。

酸洗和浸出对包裹体杂质处理效果较好，而热氯化可以清除较难处理的晶格杂质。酸洗是使用盐酸或者硫酸等溶解力较低的酸，而浸出则使用高温的氢氟酸，以最有效地去除表面游离杂质和富集在微裂纹和沿位错的杂质。

1）矿物包裹体混合酸溶解

矿物包裹体混合酸溶解利用石英只能溶解在氢氟酸中，而其他矿物包裹体杂质能被酸溶解的特点，实现石英与杂质的分离，常用的酸有硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸等。

天然石英矿物中杂质种类多且存在形式复杂，使用混合酸溶解石英中矿物包裹体杂质对石英砂提纯效果较好。混合酸溶解矿物杂质被认为是高纯石英加工过程中最重要的环节之一，在矿物杂质被溶解的同时，也可能脱除石英中的晶格杂质。但混合酸溶解矿物杂质反应程度低、过程缓慢，不仅消耗了大量时间和酸溶液，同时也造成了严重的环境问题。

2）流体包裹体高温爆裂

石英在高温焙烧过程中，随着温度升高，当流体包裹体内部压力大于对石英包裹体束缚压力时，流体包裹体发生突然爆裂，使得内部杂质得以释放，再经后续酸清洗可以溶解流体包裹体内部杂质。

3）氯化脱气

氯化脱气是将石英加热到1000-1500℃并通入Cl2、HCl或混合气体的高温处理方法，不仅可以使金属杂质元素在高温下生成气态氯化盐挥发出来，更对石英中的流体包裹体有一定的脱除效果。其原理是：高浓氯气作用下，石英颗粒表面与内部会存在促使流体包裹体向外扩散的化学位梯度，进而脱除了石英中的气液包裹体和羟基（-OH）。

4）晶格杂质脱除

氯化脱气除了有助于脱除流体包裹体外，也有助于脱除晶格杂质。其原理是：1500℃时，石英向方石英方向转化，会发生键的断裂和重组，石英晶格发生膨胀，有利于金属杂质元素向石英表面迁移扩散。

相比于真空气氛焙烧，氮气气氛焙烧时石英向方石英转化率更大，石英晶格杂质元素迁移效率更高。石英中的杂质组分与氯化剂作用转变为氯化物而会发出来，石英在高温氯化焙烧过程中存在晶型转变，使得石英晶格中的金属离子可能会迁移扩散到石英表面，与HCl、NH4Cl和Cl2等发生化学反应变成易挥发组分而实现与石英的分离。同时也阻止了杂质元素在冷却过程再迁移扩散至石英晶格中。

三、产品特征

（一）产品纯度

高纯石英砂纯度取决于石英原料质量，高纯石英砂纯度与原料中杂质元素含量高低并不是简单的对应关系，而是与原料工艺矿物学特征所决定的杂质可选择性相关。不同类型的石英矿的矿物学特征存在明显差异。

可以说，矿源决定着石英的产品纯度。工业应用的石英矿源主要有天然水晶、石英砂岩、石英岩、脉石英、粉石英、天然石英砂和花岗岩石等7种矿床工业类型。其中，巴西、美国和澳大利亚的资源量最大，矿床类型包括白岗岩型、伟晶岩型、热液脉石英型。

高纯石英砂矿源以花岗岩石英、脉石英为主。天然水晶纯度较高、包裹体少，曾是高纯石英原料，现在主要用作水晶工艺原料；天然水晶储量少且分布不均匀，我国高品位水晶较少。

目前花岗岩石英和脉石英为生产高纯石英砂主要原料，其中花岗岩石英矿床规模较大，石英纯度高，但石英的含量较低；伟晶岩含有大约40%的更长石、25%石英、20%微斜长石（一般为协调长石）和15%的白云母；脉石英矿床分布广泛，但规模相对较小。

1.杂质元素赋存状态

化学成分只反应了石英所含元素的种类和质量，但难以对石英原料是否具备加工为高纯石英的潜力做出正确判断。石英原料具有杂质元素种类多、含量高、赋存状态多样化等特点。

2.矿物组成与嵌布特征

共伴生独立脉石矿物（如云母、长石、赤铁矿、电气石、绿泥石和黏土矿物等）是石英中杂质元素的主要载体矿物，且在地质成矿过程中很容易成为石英中的矿物包裹体，是制约最终石英产品质量的重要因素之一。石英与脉石矿物嵌布特征直接影响适应单体解离度，进而影响选矿提纯效果。

石英受成岩作用和变质作用改造强度越大，石英与脉石矿物的嵌布差异越明显，嵌布特征也逐渐由毗邻型转变为缝状、甚至是包裹型，在粉碎过程中单体解离难度依次增加，被加工为高纯石英的可能性也逐渐降低。

3.流体包裹体

矿物或岩石中广泛存在流体包裹体，每立方厘米中含有流体包裹体数量大约是102-109个，直径一般小于50μm。

流体包裹体在形成过程中，所捕获的流体属于过饱和溶液，当温度降低时，会从溶液中结晶形成包括岩盐、钾盐以及一些硅酸盐矿物的子矿物，因此流体包裹体中含有碱金属K、Na、Li离子和碱土金属Ca、Mg离子。石英制品在高温下具有变成二氧化硅晶体的趋向，简称析晶。

析晶会影响石英制品的产品性能，而碱金属杂质会诱发析晶现象。相比于杂质元素，流体包裹体除去难度更大，是影响最终石英产品质量的关键性因素之一。因此，选择流体包裹体含量极少或者无流体包裹体的石英作为高纯石英原料是加工高纯石英的关键之一。

4.晶格杂质

石英晶体在形成过程中，一些元素会替代硅元素进入石英晶体中，形成了石英的结构性杂质。这些杂质含量较低，但从石英中分离难度较大，是制约高纯石英质量的关键性因素。在石英结构性杂质中，AI杂质元素含量一般不高。

由于Al是以Al3替代Al4的形成存在，引起了石英晶格内部电荷不平衡，当石英中存在大量Al杂质时，Li、K、Na等杂质元素的含量会增加。在现有加工技术下，石英原料中晶格杂质几乎不能被除去。

以晶格杂质形式存在的Al元素含量虽然极低但除去难度极大，是制约高纯石英最终质量的关键之一。

据市场相关机构调研反馈，依照当前的加工技术水平，并不是所有的脉石英和花岗岩石英都能够加工成高纯石英的，能够加工高端产品的只是极少数，甚至是极个别。

矿源质量差异对国产厂商提出较高的技术要求：天然石英矿石因形成的地质条件不同，直接影响了生产提纯后的高纯石英砂的质量，全球不同产地的天然石英矿的杂质含量、杂质分布、化学元素等指标各不相同。

美国尤尼明生产的高纯石英砂利用的石英矿石是全球稀有的白岗岩矿石，经岩浆作用形成的火成岩，具有矿体规模大、石英中流体杂质少、矿石品质稳定等优点。

而国产厂商使用的脉石英多形成于岩浆热液条件，虽然石英含量高，但具有石英中流体杂质多、矿体规模小、矿石品质不稳定等缺点。

因此，对国内矿石的提纯技术和工艺较国际更为复杂。根据郭文达2019年发表的《高纯石英砂资源及加工技术分析》，虽然花岗伟晶岩的石英含量仅30%左右，但其结晶粒度极粗（d>5mm），磨矿后能与脉石完全解离，且单体石英杂质含量极少，是最理想的原料。

脉石英等矿物石英含量高（均在95%以上），但由于脉石英是从地下的热水中生长出来的，往往含有很多气泡包裹体和羟基，杂质含量多，分离相对较难，品质较差。

另根据广发证券提供数据，我国石英资源品质整体不佳，已探明的石英矿物包括23.1亿吨石英岩、15.5亿吨石英砂岩以及0.5亿吨脉石英，国产高纯石英砂一般以脉石英为原料生产。

（二）检测与提纯

1.检测

检测技术是制备高纯石英砂的基础和前提：高纯石英砂对SiO2的纯度要求极高，纯度依赖于矿源本身的质量特征，因此选矿技术是制备高纯石英砂的前提技术。

由于化学分析法和X射线萦光光谱法（XRF）自身特点的限制，难以满足高纯石英质量的检测要求。电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）利用光照射到某个检测单元后，产生一定量的电荷，并且储存在检测单元内，然后采用电荷转移的方式将其读出的原理，对金属元素具有良好的检出限值，并具有检测时间短、灵敏度高、精确度好等优点，使之成为一种高纯物料微量化学成分检测的常用方法。但由于技术保密等因素，高纯石英质量的ICP检测分析方法未得到普及。

由于国内起步较晚、技术保密等原因，国内ICP检测效果和国外还存在明显差距。对比运用国内ICP检测技术和美国尤尼明高纯石英样品检测结果，我国在低杂质检测技术上仍有较大提升空间，致使深度提纯工艺落后于海外。

2.提纯

石英矿物深度提纯技术是制备高纯石英砂的主流技术：高纯石英的制备方法主要有三大类，分别为天然水晶粉磨加工、石英矿物深度提纯及用含硅化合物化学合成。

鉴于天然水晶资源组件枯竭，而化学合成技术较复杂且成本较高，难以大规模商业化应用，所以，石英矿物深度提纯技术是制备高纯石英砂的主流技术。

不过，提纯纯度存在天花板，杂质含量更多还是取决于原矿。

我国脉石英矿产资源分布广泛，也是我国目前高纯石英生产的主要原料。为此，对采自我国不同产地的矿床或矿点的100多件脉石英样品开展了提纯加工试验研究。

下表是研究人员对我国脉石英20件典型样品提纯前后的SiO2含量和13种微量元素杂质总量的ICP-OES检测结果，可以看出：

（1）提纯前，我国脉石英原矿的ω(SiO2)含量通常都在99.9%以上，其中优质、上等、中等和下等脉石英原矿的ω(SiO2)平均含量分别为99.98444%、99.96871%、99.95722%、99.8963%。

由此可见，不同品质脉石英原矿的化学成分差别并不明显，而且优质脉石英原矿的ω(SiO2)并不一定都是最高的。

（2）提纯后，试验样品出现了明显分化，可根据提纯效果和高纯石英产品等级，将我国脉石英原料分为4个品级：A级矿（优质矿或优质原料），提纯后SiO2平均含量为99.99856%；

B级矿（上等矿或上等原料），提纯后SiO2平均含量为99.99664%；

C级矿（中等矿或中等原料），提纯后SiO2平均含量为99.99332%；D级矿（下等矿或下等原料），提纯后SiO2平均含量为99.98527%。

四、资源分布

（一）国际资源

全球高纯石英原料矿床分布于美国、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个国家，

美国斯普露斯派恩矿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，尤尼明公司也垄断了IOTA超纯石英的生产和销售，其他目前国家难以发现类似的矿床。

近年来，SiO2含量≥99.9%高纯石英砂的资源量呈减少趋势，截至2021年底，减少率达到32.62%。

不过，近年来，各国开始加大勘察找矿的力度，已发现10余处可用作高纯石英原料的矿床，用以生产低-中档高纯石英砂，开始逐步打破斯普鲁斯派恩在高纯石英砂产业的垄断格局。

根据中材地质勘察院赵维佳在《我国高纯石英产业现状及资源保障分析》中论述，按照能够加工成SiO2含量≥99.9%高纯石英砂的资源统计：

巴西为全球第一大资源量国，2019年资源量为2,111万吨，在全球中占比28.97%，矿石类型主要为天然水晶；

美国是第二大资源量国，2019年资源量为1,822万吨，在全球中仍占比25.0%，矿石类型主要为花岗岩石英，分布在北卡罗来纳州Spruce Pine地区；

加拿大位列全球第三，2019年资源量为1,000万吨，占比13.72%，矿石类型主要为脉石英，主要分布在魁北克省东南部约翰比兹湾(Johan Beetz Bay)的海岸带。

从矿源品质来看，市场公认矿源品质排序为美国斯普鲁斯派恩矿＞印度矿＞国产矿，按照品质梯度，海外砂、国产砂当前分别应用在光伏用石英坩埚的内、外层。

（1）全球高纯石英砂两大巨头美国尤尼明（子公司矽比科）和挪威TQC的主要矿源是斯普鲁斯派恩矿，该矿床是国际上公认的最好的矿床，属于花岗伟晶岩型/白岗岩型，其形成具备独特属性，目前全球罕见能够与斯普鲁斯派恩矿品质齐肩的矿床。

（2）石英股份原矿主要采购自印度等地区，2021年海外采购占比达93.32%。石英股份拥有印度石英矿石有限开采权，主要供应商较为稳定，有长期框架协议保障。

（3）我国矿床主要是脉矿石，散发、单处矿石储量较小，品质相对较差。

（二）国内资源

我国石英资源储量丰富、种类多，主要由石英岩、石英砂岩、天然石英砂及脉石英。而我国高纯度石英资源储量约685万吨，仅占全球总储量的9.4%，且均为中小型矿区，优质矿石资源相对稀缺。

长期以来，我国以水晶作为高纯石英的首选原料，随着需求量的快速增长和水晶资源的消耗殆尽，已经不能满足工业需求，而伟晶岩矿床由于成矿地质条件以及石英加工提纯技术的限制，目前尚未找到该类型的矿床。所以脉石英成为我国加工提纯高纯石英的主要原料之一。

从资源总量来看，我国探明的各类水晶资源不多，主要分布在广东、广西、四川、贵州、山西、黑龙江、海南、福建、吉林、青海、西藏和新疆等省(区)。据自然资源部发布的《全国矿产资源储量通报》，截至2019年我国查明的的水晶资源总量6,648.526吨，但保有量仅有175.52吨。

脉石英方面，截至2019年我国脉石英矿床215个，主要分布于江西、四川、新疆、安徽、黑龙江等地，品位较高的代表性脉石英矿床分布在湖北蓟春县、江苏东海县、安徽旌德县等地，SiO2含量为98.45%～99.35%，查明脉石英资源总量11,809.12万吨。

由于各矿床矿石质量的差异及现有加工提纯技术限制，仅有5%～10%的矿石资源量能够满足加工高纯石英要求。按此推算，我国可供高纯石英矿产资源储量为500～1,000万吨左右。

五、竞争格局

全球范围内高纯石英砂的主要生产厂商有美国尤尼明(UNIMIN)、挪威The Quartz Corp(TQC)公司等。

其中，在生产规模、工艺技术和生产设备和产品精度方面,美国尤尼明公司占据绝对优势，4N8(SiO2含量为99.998%)及以上的高纯石英产品几乎被其垄断，其“IOTA”商标被世界石英玻璃制造企业公认为是最为著名的商标，其纯度被当作“国际标准纯度”，世界上其他厂家的产品皆以此标准衡量质量。

尤尼明的高纯石英砂原矿为美国北卡罗来纳州斯普鲁斯派恩(SPRUCE PINE)地区的花岗伟晶岩矿床,具有矿体规模大、石英中流体杂质少、矿石品质稳定等优点。

所生产出的高纯石英砂,处于世界领先水平，在全球高纯石英砂市场具有垄断优势。据统计，尤尼明的高纯石英保有资源量可满足数十年的矿山服务年限。

我国虽硅质资源丰富，但大部分矿床只是普通硅石矿。从20世纪90年代初开始,我国就进口美国尤尼明公司的石英砂(昆特砂QUIN TUS SAND)，然后相关企业继续进口该公司的高纯石英砂(IOTA-STAND/ARD标准料、IOTA-2、IOTA-4、IOTA-6、IOTA-8超高纯)。

尤尼明今年4月发布公告，计划投资2亿美元，2023-2025年期间，实现其美国北卡罗来纳州的Spruce Pine工厂的高纯石英砂产量增加一倍。据专家访谈数据，尤尼明2022年产能约1.3万吨，预计2025年末公司有望拥有3万吨石英砂出口能力。

挪威The Quartz Corp(TQC)公司是全球另一家大型高纯石英砂生产企业,是法国和挪威合资成立的公司,其主要原材料来源自美国北卡罗来纳州斯普鲁斯派恩(SPRUCE PINE)地区的高品质石英矿资源(与尤尼明的石英矿为同一矿脉)。

生产的产品主要用来满足半导体和太阳能产业的标准需求。据统计,TQC公司拥有的高纯石英原料资源量大于1,000万吨，2022年产能1.2万吨。

目前,国际上高纯石英制品生产企业主要有东曹、贺利氏、Covalent、信越、昆希等,其中半导体石英坩埚主要被贺利氏、信越、迈图等企业垄断。

国内的龙头是石英股份。从矿源上看，石英股份以往石英石基本外采，采购地包括印度、巴西、非洲、美国等国家和地区，长期以来合作关系稳定，且有签订框架协议。

多处分散布点既避免了单一矿源风险，又驱动石英股份不断提升应对不同原矿成分的提纯、检验技术能力。

2014年石英股份的高纯石英砂产能仅为7,300吨/年。2021年，石英股份通过技改及增加生产班次等措施最大限度释放产能，将原有的15,000吨/年高纯石英砂产线产能提升至20,000吨/年。

2022年2月，石英股份新建的20,000吨/年的新生产线投产。2022年10月，石英股份公告拟投资建设三期60,000吨/年高纯石英砂产线。

六、行业供需

今年以来，高纯石英砂价格飙涨，内层砂需求持续紧张。

产能端统计来看，截至2022年底，除了上文已述的尤尼明1.3万吨、TQC1.2万吨、石英股份3.2万吨外，其余中小厂商产能总体约0.8万吨，行业总体产能约6.5万吨。

不过据上市公司反馈数据，至去年底，石英股份的3.2万吨产能未完全释放，实际产能在2.4万吨左右。

2023年，尤尼明、TQC虽然都有扩产计划，但实际产能释放最快也要到24Q1，具体规模据说连签了框架协议的企业也不清楚。

今年，除了石英股份确定的5万吨扩产计划外，行业内其他企业的产能规模预计较2022年变化不大（有消息说TQC已放弃6,000吨高纯石英砂扩产计划）。

石英砂价格方面，据有色金属网数据显示，截至5月28日，高纯石英砂（石英坩埚外层用）价格区间为7-12万元/吨，今年年初外层砂价格约为5万元/吨；

高纯石英砂（石英坩埚中层用）价格为19-23万元/吨，年初中层砂价格为6-7万元/吨。

该网站未提供内层砂报价，从市场人士处获悉，目前内层砂价格为34万元/吨至37万元/吨，价格同比上涨已超400%。

从需求端看，按照内层砂占比35%估算未来内层砂供需情况，预计22-24年全球光伏用高纯石英砂的总需求为6.12、10.22、12.91万吨，其中，内层砂需求分别约为2.14、3.58、4.52万吨。

供给侧，主要三大厂商仅石英股份积极扩产。根据广发电新组统计，海外企业高纯石英砂内层砂22-24年供给为2.00/2.50/2.63万吨。另据石英股份年报，2022年石英股份高纯石英砂外销量达3.08万吨。

假设石英股份正在建设的赣榆经开区6万吨/年产能自2023年下半年起陆续投产爬坡，23-24年总产能预计为6.00/10.00万吨。

石英股份目前正在提高内层砂的比例，保守估计22-24年石英股份内层砂供给量为0.35、0.73、1.85万吨（随技术水平提升，内层砂比例有望继续提升）。

综上，预计22-24年内层砂供需缺口为0.21、-0.35、-0.04万吨，供需关系持续紧张，24年由于石英股份新产能完全释放，供需形势相对缓和，如果后续厂家扩产计划调整，缺口可能继续放大。

此外，在内层砂紧缺的背景下，外层砂需求量存在超预期的可能性。一是下游硅片厂商呈双寡头格局，大小厂商内层砂保有量存在明显差异，小厂商可能减薄内层而强拉硅片开工率。

据中国有色金属工业协会硅业分会2023年3月16、17日消息，近期进口石英砂短缺问题持续发酵，除签订保供协议的企业外，大部分专业化企业迫不得已使用低质坩埚，坩埚更换频率加快，单位时间硅片产量降低；

二是尤尼明、TQC砂是当前品质最佳的光伏坩埚用高纯石英砂，总供应结构中尤尼明、TQC这类最高品级砂占比预计持续减少，而国产砂掺杂提升；

三是N型渗透趋势存在提速可能，以上三者均有可能造成全市场石英坩埚平均使用寿命缩短，从而增加外层砂需求量。

据部分专家访谈反馈，目前国内能拿到内层砂矿源的只有石英股份。行业内内层砂紧缺直接导致下游企业的开工不足。

从下游具体企业看，2022年欧晶、晶盛、中昱基本是满负荷开工。2023年三家企业基本均宣布扩产。欧晶今年新扩8条线，一共20条产线，但是开工的产线是12-13条；中昱有22条线，今年目前开工的仅有7-8条。内层砂的紧缺情况可见一斑。

其余小部分企业通过保供来锁砂，隆基、中环及其各自配套坩埚厂今年锁定了行业内约60%左右的中内层砂。

具体企业来看，隆基今年锁定进口砂4,000吨，石英股份中内层砂3,000-4,000吨；中环今年锁进口砂3,000吨，石英股份中内层砂2,500-3,000吨；晶盛（给中环做配套）锁进口砂3,000吨，石英股份中内层砂2,000吨左右；中昱进口砂3,000吨，石英股份中内层砂3,000吨；晶科、双良、上机去年11月交付了进口砂预付款，但是锁砂量不高，三家合计规模约1,000吨。

七、消费结构

随着下游相关产业的持续快速发展,我国石英砂产量也在逐年增长。

据中国粉体网数据，2021年我国石英砂产量为9,123万吨,较2020年相比增长了4.08%；进口345.5万吨，出口8.3万吨，需求量9,460.2万吨。

2022年，我国石英砂产量9,407万吨，年总产量虽保持小幅增长，但石英砂产品主要以普通石英与精制石英为主，二者合计产量占比达到92%以上，而高纯石英产量占比不足8%。

2022年全国用于光伏领域石英坩埚的高纯石英砂的需求量约5.63万吨，进口高纯石英砂总量约4.72万吨，国产高纯石英砂仅有约1.5万吨。

从细分产品看,我国石英砂生产仍以普通石英砂为主,高品质产品较少。在2021年的9,123万吨中,普通石英砂产量为4,534.1万吨(占比约49.7%)、精制石英砂产量3,886.4万吨(占比约42.6%)、高纯及超高纯石英砂产量702.5万吨(占比约7.7%)。

我国是高纯石英消费大国。随着我国电子、信息、通讯等高科技产业快速发展,对高纯石英的需求量逐年增长。我国高纯石英消费整体呈不断上涨趋势。其中,新兴产业消费占据主要消费领域。

在近年的高纯石英消费中,半导体领域消费量约占据总消费量的一半,其次是光纤领域和光伏领域消费量。半导体、光伏、光纤等战略性新兴产业领域的消费量约占消费总量的90%。

从整体上看,近几年我国石英砂进口量明显高于出口量。2021年我国石英砂进口量为345.47万吨、出口量为8.29万吨。

八、结论

高纯石英是半导体、光纤通讯、光伏、航天、电光源、光学仪器等高新技术产业的重要原材料。随着相关产业的不断发展,对高纯石英的需求也在持续增长。

内层砂需求紧缺的背景下，拥有海外矿源、提纯技术突破的企业，将获得更多的市场增益。

从多个研究人员及相关企业处获悉，高纯石英的纯度主要取决于矿产的质地，以当前的后续的加工处理工艺水平，难以从根本上达到4N5-5N级别的石英纯度满足光伏及半导体领域用高纯石英的要求。

所以，能锁定矿源的石英企业，在市场竞争中拥有较大优势。对于新入行的企业来说，关键是获得能加工高纯石英矿源的渠道能力。

来源：读懂能源