中国粉体网讯 【摘要】战略性矿产资源是国民经济的基础和尖端科技的支柱，是支撑国家重大战略工程的关键原料。战略性矿产在推动科技进步，保障国家安全，促进人类社会可持续发展等方面无可替代。高纯石英是高档石英制品的原料，是硅产业高端产品的物质基础，是新一代信息技术、新型材料、新能源的基础性关键材料，在战略性新兴产业中具有重要地位和作用。本文从高纯石英的资源现状、主要应用领域、供应风险等角度进行分析，阐明将高纯石英纳入我国战略性矿产清单的必要性，从政策法规和国家战略层面，从高纯石英找矿勘察、工艺研究、产业发展等方面提供支持。
【关键词】高纯石英；战略性矿产；资源现状；应用领域；供需形势
引言
战略性矿产是具有中国特色的新概念，它是指对一个国家（地区）经济建设、社会发展、国防安全所必需的，但国内供应无法满足需求（对外依存度高）且国外供应渠道脆弱（进口集中度高）、或者本国具备资源产能优势又被他国高度依赖的重要矿产资源，我国称为战略性矿产[1]。
我国战略性矿产概念的提出，有助于进一步重视战略性矿产的保护与开发利用，通过加强战略规划、战略性矿产目录、形势分析与预警、经济技术与生态评价、科学技术研究与创新、信息利用等方面的制度建设，确保战略性矿产的安全稳定供应，保障国家经济安全、国防安全和战略性新兴产业发展需求[2]。高纯石英具有重要的战略地位，是高新技术产业的基础原材料，为确保战略性新兴产业的发展，建议将高纯石英列入战略性矿产目录清单。
1 高纯石英资源现状
1.1 高纯石英的概念
高纯石英是SiO2纯度大于99.9%的石英系列产品的总称[3]，它是由水晶、脉石英、花岗伟晶岩等矿石作为原料经提纯后的一种矿产品，能够提纯生产高纯石英的矿床称为高纯石英原料矿[4]。
高纯石英具有优异的物理化学性质，特别是内在的晶体结构、形状和晶格变化规律使其具有耐高温、耐腐蚀、抗磨、热膨胀系数小、高度绝缘、压电效应、谐振效应以及独特的光学特性[5]。高纯石英砂主要应用在石英玻璃和集成电路等行业，其高档产品被广泛应用于新一代信息技术、高端装备制造、新材料等产业[6]。
1.2 高纯石英的资源分布与开发现状
根据现有资料，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、加拿大等7个国家。除中国外，共有14处矿床，其中，有生产矿山的7处，尚未开采生产的7处。美国斯普鲁斯派恩矿的高纯石英原料资源规模最大，超过1000万吨；资源最小的是挪威德拉格矿，仅有26.7万吨[7]。
在我国，普通用途的石英砂、脉石英、石英岩等矿物资源十分丰富，可以充分得到保障，但是国内高纯石英资源稀缺[8]。天然水晶是一种无色透明的石英结晶体矿床，主要成分为SiO2，其杂质含量低，可以直接提纯加工得到高纯石英，虽然我国的天然水晶分布广泛，但矿床规模小，储量少，高额的提纯成本限制了市场规模[3，8]。
脉石英的形成主要与花岗岩有关的岩浆热液作用有关，致密块状构造，其矿物成分单一，几乎全部为石英，SiO2含量一般在99%以上[3]，是加工高纯石英的理想矿物原料。我国的脉石英矿产资源具有分布广泛、局部集中、矿床少、矿点多的特点，主要分布在江西、四川、安徽、黑龙江、新疆、陕西、浙江7个省(区)，约占总资源储量的84.74%[8]。但是由于我国对于高纯石英用脉石英原矿勘探没有详细的标准，且脉石英多呈脉状、鸡窝状分布，矿床规模小，矿石品质不稳定，这些脉石英矿床中可能只有很少一部分能生产出适用于半导体工业和芯片制造行业的高纯石英砂，难以满足高纯石英高端产品大规模生产的需要，亟待寻找矿体规模大、矿石品质稳定的新类型资源[9]。
2 高纯石英在战略性新兴产业中地位及应用
高纯石英是光纤通讯、光伏、半导体等必不可少的关键材料，在电子信息、新材料和新能源等战略性新兴产业以及国防军工中具有十分重要的地位和作用[3]，是世界公认的战略性关键矿产资源，日本、欧盟将其列为关键性矿产，俄罗斯已经要求不再公开高纯石英的开采量和使用量[4]。
2.1 信息技术领域
高纯石英原料可用于制作晶体管、存储器和集成电路(芯片)等；用于制作通讯领域的石英光纤，玻璃基板，半导体化合物单晶及其生长用的容器，光掩模基板，高纯石英坩埚等；用于制作石英晶体振荡器的压电水晶等；石英球形微粉用作大规模集成电路封装覆铜板以及环氧塑封料填料[2，5]。
2.2 新能源领域
将金属硅转变成四氯化硅或三氯氢硅，经分离提纯后由氢还原制成多晶硅。将超纯多晶硅置于石英坩埚中用提拉法制成单晶硅[9]。单晶硅或多晶硅用于制作太阳能电池组件，石英玻璃用于核聚变激光点火装置。
2.3 新材料领域
石英纤维可用于制造火箭的喷火口等高温部件；电子级硅微粉主要用于电子原件的塑封料和包装料[2，5]。
2.4 电子信息领域
用于光通讯、电子信息、集成电路基板、高端光源等[2，5]。
2.5 高端制造领域
石英玻璃用于普通及精密光学透镜、航空航天器的光学系统、红外线搜索与跟踪测量的光学系统、显微光学仪器等窗口材料；石英球形微粉陶瓷复合材料用于飞机、火箭、卫星等防热瓦片，也是导弹天线罩的主要材料之一；石英玻璃纤维用于军事飞行器雷达罩[2，5]。
3 我国高纯石英的供需形势
3.1 生产供应现状
我国生产高纯石英的原料为脉石英和水晶，由于国内水晶资源接近枯竭，因此，国内主要采用脉石英为原料生产高纯石英，但受矿石品质的限制，生产出来的品质主要为低端高纯石英，高纯石英目前被少数企业垄断[9]。
美国尤尼明是世界上领先的高纯石英生产商，其高纯石英砂原矿为北卡罗来纳州Spruce Pine地区的花岗质伟晶岩，具有矿体规模大、石英中流体杂质少、矿石品质稳定等优点，尤尼明的高纯石英砂市场份额在全球市场中具有绝对垄断地位[10]。挪威TQC加工高纯石英的原料来自SprucePine和挪威当地的石英，公司在挪威每年被许可生产30000t的高纯石英[9]。中国江苏太平洋石英股份有限公司是石英材料行业的龙头企业，其原材料除少部分精选自东海地区独特的石英矿石外，还不断在全球范围内寻找优质石英矿源，并具备相当数量的战略储备。由于国内适用石英矿资源较少且环保要求趋严，石英股份石英石基本外购，2021年海外采购石英石占比为93.32%，主要采购于巴西、非洲、印度、美国等国家和地区；主要供应商较为稳定，且签订长期框架协议。石英股份是全球少数掌握规模化量产高纯石英砂技术的企业之一，2021年高纯石英砂产能为2万吨/年。
总体来说，我国高纯石英生产技术起步较晚，2010年以前，我国高纯石英一直依赖进口，国内高纯石英砂市场基本被美国尤尼明公司所垄断。石英材料产业链中，上游石英砂高度垄断，中游石英玻璃和石英制品中低端产品厂商差别较小，竞争激烈，高端产品国内供应商较少[6]。
3.2 需求情况
高纯石英石半导体行业、光伏、光纤、电光源、航天航空等领域不可或缺的重要支撑材料，我国是高纯石英消费大国，2014年以来高纯石英消费量呈增长趋势，由2014年的517.8万t增长到2018年的804.6万t[11]。受资源限制，2019年我国石英类产品进口量277.01万t；其中SiO2纯度99.99%的超高纯石英进口量14.54万t，进口价格高达9044.54美元/t。自2011年以来，石英类产品进口量呈快速增长趋势[2]。
近年，光伏、半导体、光纤等需求的增加拉动高纯石英砂需求快速增长。在半导体行业，根据市场调查机构全球半导体行业协会（SIA）最新发布的报告显示，2021年全球半导体销售额为5559亿美元，创历史新高，同比增长26.2%。中国市场销售额为1925亿美元，仍是全球最大的半导体市场，同比增长27.1%。随着物联网、区块链、汽车电子等多项技术的发展，半导体、芯片设备增长明显，将拉动半导体用石英需求的增长。在光伏行业，随着国家政策的支持、行业技术的进步，发电成本将进一步降低，我国光伏产业存在巨大的市场空间及发展潜力。随着光伏行业的迅速发展，单晶用电弧石英坩埚需求量随之走高，带动高纯石英砂需求持续放量。在通信行业，中国已成为全球最主要的光纤生产和消费大国，光纤市场将进一步释放需求，带动石英材料需求量相应提升。在电光源行业，随着LED对白炽灯的替代加快，LED市场规模和渗透率不断提升，石英管作为LED的制作原料，市场需求也会不断增加[10]。在航空航天领域，石英纤维是航空航天不可或缺的战略材料，需求前景非常广阔。
综上，我国是高纯石英消费大国，中低端产品自给有余，但高端产品仍然高度依赖进口，可用于生产高纯石英的原料规模小，资源禀赋较差、供需形势严峻。
4 结论
当前，加快产业发展，尤其是战略性新兴产业，实现中国制造历史性飞跃，是我国的国家战略目标之一。战略矿产在战略性新兴产业发展中具有不可替代的作用，对我国的经济发展、国计民生和国家安全具有重大的战略意义。
近年来，随着新兴产业的发展，例如新能源、半导体、航空航天等领域的发展，高纯石英的需求也极大地增长。虽然我国石英矿产资源丰富，但是由于生产成本和提纯工艺的限制，高纯石英的供应能力弱，进口量大[8]。对于高纯石英及其原料的核心技术突破还有许多工作要做，因此，建议将高纯石英列入战略性矿产目录清单，从政策法规及国家战略层面上加大石英矿产资源的勘察力度，寻找优质的高纯石英原料，加强对高纯石英的研究，减少我国高纯石英的对外依存度，提高我国在高纯石英行业的话语权。
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