中國粉體網(wǎng)訊 【摘要】戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源是國民經(jīng)濟的基礎和尖端科技的支柱，是支撐國家重大戰(zhàn)略工程的關鍵原料。戰(zhàn)略性礦產(chǎn)在推動科技進步，保障國家安全，促進人類社會可持續(xù)發(fā)展等方面無可替代。高純石英是高檔石英制品的原料，是硅產(chǎn)業(yè)高端產(chǎn)品的物質基礎，是新一代信息技術、新型材料、新能源的基礎性關鍵材料，在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有重要地位和作用。本文從高純石英的資源現(xiàn)狀、主要應用領域、供應風險等角度進行分析，闡明將高純石英納入我國戰(zhàn)略性礦產(chǎn)清單的必要性，從政策法規(guī)和國家戰(zhàn)略層面，從高純石英找礦勘察、工藝研究、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面提供支持。
【關鍵詞】高純石英；戰(zhàn)略性礦產(chǎn)；資源現(xiàn)狀；應用領域；供需形勢
引言
戰(zhàn)略性礦產(chǎn)是具有中國特色的新概念，它是指對一個國家（地區(qū)）經(jīng)濟建設、社會發(fā)展、國防安全所必需的，但國內供應無法滿足需求（對外依存度高）且國外供應渠道脆弱（進口集中度高）、或者本國具備資源產(chǎn)能優(yōu)勢又被他國高度依賴的重要礦產(chǎn)資源，我國稱為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)[1]。
我國戰(zhàn)略性礦產(chǎn)概念的提出，有助于進一步重視戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的保護與開發(fā)利用，通過加強戰(zhàn)略規(guī)劃、戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄、形勢分析與預警、經(jīng)濟技術與生態(tài)評價、科學技術研究與創(chuàng)新、信息利用等方面的制度建設，確保戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的安全穩(wěn)定供應，保障國家經(jīng)濟安全、國防安全和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求[2]。高純石英具有重要的戰(zhàn)略地位，是高新技術產(chǎn)業(yè)的基礎原材料，為確保戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，建議將高純石英列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄清單。
1 高純石英資源現(xiàn)狀
1.1 高純石英的概念
高純石英是SiO2純度大于99.9%的石英系列產(chǎn)品的總稱[3]，它是由水晶、脈石英、花崗偉晶巖等礦石作為原料經(jīng)提純后的一種礦產(chǎn)品，能夠提純生產(chǎn)高純石英的礦床稱為高純石英原料礦[4]。
高純石英具有優(yōu)異的物理化學性質，特別是內在的晶體結構、形狀和晶格變化規(guī)律使其具有耐高溫、耐腐蝕、抗磨、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、壓電效應、諧振效應以及獨特的光學特性[5]。高純石英砂主要應用在石英玻璃和集成電路等行業(yè)，其高檔產(chǎn)品被廣泛應用于新一代信息技術、高端裝備制造、新材料等產(chǎn)業(yè)[6]。
1.2 高純石英的資源分布與開發(fā)現(xiàn)狀
根據(jù)現(xiàn)有資料，全球高純石英原料礦床分布于美國、挪威、澳大利亞、俄羅斯、毛里塔尼亞、中國、加拿大等7個國家。除中國外，共有14處礦床，其中，有生產(chǎn)礦山的7處，尚未開采生產(chǎn)的7處。美國斯普魯斯派恩礦的高純石英原料資源規(guī)模最大，超過1000萬噸；資源最小的是挪威德拉格礦，僅有26.7萬噸[7]。
在我國，普通用途的石英砂、脈石英、石英巖等礦物資源十分豐富，可以充分得到保障，但是國內高純石英資源稀缺[8]。天然水晶是一種無色透明的石英結晶體礦床，主要成分為SiO2，其雜質含量低，可以直接提純加工得到高純石英，雖然我國的天然水晶分布廣泛，但礦床規(guī)模小，儲量少，高額的提純成本限制了市場規(guī)模[3，8]。
脈石英的形成主要與花崗巖有關的巖漿熱液作用有關，致密塊狀構造，其礦物成分單一，幾乎全部為石英，SiO2含量一般在99%以上[3]，是加工高純石英的理想礦物原料。我國的脈石英礦產(chǎn)資源具有分布廣泛、局部集中、礦床少、礦點多的特點，主要分布在江西、四川、安徽、黑龍江、新疆、陜西、浙江7個省(區(qū))，約占總資源儲量的84.74%[8]。但是由于我國對于高純石英用脈石英原礦勘探?jīng)]有詳細的標準，且脈石英多呈脈狀、雞窩狀分布，礦床規(guī)模小，礦石品質不穩(wěn)定，這些脈石英礦床中可能只有很少一部分能生產(chǎn)出適用于半導體工業(yè)和芯片制造行業(yè)的高純石英砂，難以滿足高純石英高端產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)的需要，亟待尋找礦體規(guī)模大、礦石品質穩(wěn)定的新類型資源[9]。
2 高純石英在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中地位及應用
高純石英是光纖通訊、光伏、半導體等必不可少的關鍵材料，在電子信息、新材料和新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以及國防軍工中具有十分重要的地位和作用[3]，是世界公認的戰(zhàn)略性關鍵礦產(chǎn)資源，日本、歐盟將其列為關鍵性礦產(chǎn)，俄羅斯已經(jīng)要求不再公開高純石英的開采量和使用量[4]。
2.1 信息技術領域
高純石英原料可用于制作晶體管、存儲器和集成電路(芯片)等；用于制作通訊領域的石英光纖，玻璃基板，半導體化合物單晶及其生長用的容器，光掩�；�，高純石英坩堝等；用于制作石英晶體振蕩器的壓電水晶等；石英球形微粉用作大規(guī)模集成電路封裝覆銅板以及環(huán)氧塑封料填料[2，5]。
2.2 新能源領域
將金屬硅轉變成四氯化硅或三氯氫硅，經(jīng)分離提純后由氫還原制成多晶硅。將超純多晶硅置于石英坩堝中用提拉法制成單晶硅[9]。單晶硅或多晶硅用于制作太陽能電池組件，石英玻璃用于核聚變激光點火裝置。
2.3 新材料領域
石英纖維可用于制造火箭的噴火口等高溫部件；電子級硅微粉主要用于電子原件的塑封料和包裝料[2，5]。
2.4 電子信息領域
用于光通訊、電子信息、集成電路基板、高端光源等[2，5]。
2.5 高端制造領域
石英玻璃用于普通及精密光學透鏡、航空航天器的光學系統(tǒng)、紅外線搜索與跟蹤測量的光學系統(tǒng)、顯微光學儀器等窗口材料；石英球形微粉陶瓷復合材料用于飛機、火箭、衛(wèi)星等防熱瓦片，也是導彈天線罩的主要材料之一；石英玻璃纖維用于軍事飛行器雷達罩[2，5]。
3 我國高純石英的供需形勢
3.1 生產(chǎn)供應現(xiàn)狀
我國生產(chǎn)高純石英的原料為脈石英和水晶，由于國內水晶資源接近枯竭，因此，國內主要采用脈石英為原料生產(chǎn)高純石英，但受礦石品質的限制，生產(chǎn)出來的品質主要為低端高純石英，高純石英目前被少數(shù)企業(yè)壟斷[9]。
美國尤尼明是世界上領先的高純石英生產(chǎn)商，其高純石英砂原礦為北卡羅來納州Spruce Pine地區(qū)的花崗質偉晶巖，具有礦體規(guī)模大、石英中流體雜質少、礦石品質穩(wěn)定等優(yōu)點，尤尼明的高純石英砂市場份額在全球市場中具有絕對壟斷地位[10]。挪威TQC加工高純石英的原料來自SprucePine和挪威當?shù)氐氖ⅲ驹谂餐磕瓯辉S可生產(chǎn)30000t的高純石英[9]。中國江蘇太平洋石英股份有限公司是石英材料行業(yè)的龍頭企業(yè)，其原材料除少部分精選自東海地區(qū)獨特的石英礦石外，還不斷在全球范圍內尋找優(yōu)質石英礦源，并具備相當數(shù)量的戰(zhàn)略儲備。由于國內適用石英礦資源較少且環(huán)保要求趨嚴，石英股份石英石基本外購，2021年海外采購石英石占比為93.32%，主要采購于巴西、非洲、印度、美國等國家和地區(qū)；主要供應商較為穩(wěn)定，且簽訂長期框架協(xié)議。石英股份是全球少數(shù)掌握規(guī)�；慨a(chǎn)高純石英砂技術的企業(yè)之一，2021年高純石英砂產(chǎn)能為2萬噸/年。
總體來說，我國高純石英生產(chǎn)技術起步較晚，2010年以前，我國高純石英一直依賴進口，國內高純石英砂市場基本被美國尤尼明公司所壟斷。石英材料產(chǎn)業(yè)鏈中，上游石英砂高度壟斷，中游石英玻璃和石英制品中低端產(chǎn)品廠商差別較小，競爭激烈，高端產(chǎn)品國內供應商較少[6]。
3.2 需求情況
高純石英石半導體行業(yè)、光伏、光纖、電光源、航天航空等領域不可或缺的重要支撐材料，我國是高純石英消費大國，2014年以來高純石英消費量呈增長趨勢，由2014年的517.8萬t增長到2018年的804.6萬t[11]。受資源限制，2019年我國石英類產(chǎn)品進口量277.01萬t；其中SiO2純度99.99%的超高純石英進口量14.54萬t，進口價格高達9044.54美元/t。自2011年以來，石英類產(chǎn)品進口量呈快速增長趨勢[2]。
近年，光伏、半導體、光纖等需求的增加拉動高純石英砂需求快速增長。在半導體行業(yè)，根據(jù)市場調查機構全球半導體行業(yè)協(xié)會（SIA）最新發(fā)布的報告顯示，2021年全球半導體銷售額為5559億美元，創(chuàng)歷史新高，同比增長26.2%。中國市場銷售額為1925億美元，仍是全球最大的半導體市場，同比增長27.1%。隨著物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、汽車電子等多項技術的發(fā)展，半導體、芯片設備增長明顯，將拉動半導體用石英需求的增長。在光伏行業(yè)，隨著國家政策的支持、行業(yè)技術的進步，發(fā)電成本將進一步降低，我國光伏產(chǎn)業(yè)存在巨大的市場空間及發(fā)展?jié)摿�。隨著光伏行業(yè)的迅速發(fā)展，單晶用電弧石英坩堝需求量隨之走高，帶動高純石英砂需求持續(xù)放量。在通信行業(yè)，中國已成為全球最主要的光纖生產(chǎn)和消費大國，光纖市場將進一步釋放需求，帶動石英材料需求量相應提升。在電光源行業(yè)，隨著LED對白熾燈的替代加快，LED市場規(guī)模和滲透率不斷提升，石英管作為LED的制作原料，市場需求也會不斷增加[10]。在航空航天領域，石英纖維是航空航天不可或缺的戰(zhàn)略材料，需求前景非常廣闊。
綜上，我國是高純石英消費大國，中低端產(chǎn)品自給有余，但高端產(chǎn)品仍然高度依賴進口，可用于生產(chǎn)高純石英的原料規(guī)模小，資源稟賦較差、供需形勢嚴峻。
4 結論
當前，加快產(chǎn)業(yè)發(fā)展，尤其是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)中國制造歷史性飛躍，是我國的國家戰(zhàn)略目標之一。戰(zhàn)略礦產(chǎn)在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有不可替代的作用，對我國的經(jīng)濟發(fā)展、國計民生和國家安全具有重大的戰(zhàn)略意義。
近年來，隨著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，例如新能源、半導體、航空航天等領域的發(fā)展，高純石英的需求也極大地增長。雖然我國石英礦產(chǎn)資源豐富，但是由于生產(chǎn)成本和提純工藝的限制，高純石英的供應能力弱，進口量大[8]。對于高純石英及其原料的核心技術突破還有許多工作要做，因此，建議將高純石英列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄清單，從政策法規(guī)及國家戰(zhàn)略層面上加大石英礦產(chǎn)資源的勘察力度，尋找優(yōu)質的高純石英原料，加強對高純石英的研究，減少我國高純石英的對外依存度，提高我國在高純石英行業(yè)的話語權。
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