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高纯石英价格飙升,光伏、半导体“点石成金”

日期:2023-03-28    来源:能链研究院

国际太阳能光伏网

2023
03/28
19:13
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关键词: 高纯石英砂 硅料 光伏设备

机构预测,2025年高纯石英砂需求量有望达2022年2.7倍,CAGR 40%。在下游光伏需求持续增长背景下,高纯石英砂供需基本会一直维持偏紧的状态。

每一轮产业兴起,必定诞生出一批赛道明星。

脱颖而出的关键便是稀缺性。

稀缺表现在技术壁垒、资源壁垒、经营垄断等方面。企业依靠其稀缺性,在产业链具备充足的话语权,往往可以左右产业发展态势甚至于重塑竞争格局。

从制造业的经验来看,材料和设备是最容易诞生出赛道明星的环节。

比如,硅料、锂盐、光伏设备

然而,稀缺性也会随着时间的推移而变得普通。

大规模开采、重资本投入、玩家蜂拥而至。技术壁垒被打破,产能释放等因素使得门槛不再,意味着不再稀缺。

2022年,新能源产业依旧火热,新能源车渗透率、光伏装机量均创新高。

不过,产业链各环节产能大幅扩张,内卷加速。

硅料、锂盐作为光伏和新能源车的上游核心原材料,价格大幅跳水。

上海有色数据显示,碳酸锂最新价格37.6万元/吨,连跌27天,较去年底高点回落40%。

硅料上演过山车行情,3月15日,硅业分会数据显示,本周国内单晶致密料成交均价为21.5万元/吨,自30万元/吨的价格下跌近30%。

价格是稀缺性最直接地表现。

显然,价格暴跌意味着锂盐、硅料产能将明显过剩。

相反,某一商品价格暴涨意味着供不应求。

3月8日,上海有色网数据显示,高纯石英砂均价为7.5万元/吨,较2月23日5万元/吨的价格上涨2.5万元/吨,两周的时间涨幅达50%!

高纯石英是何物?为何涨势如此惊人?

01.高纯石英,半导体和光伏的基础材料

要回答以上问题,需要先从石英讲起。

石英是地球表面分布最广的矿物之一,主要成分是SiO2,为半透明或不透明的晶体,常含有少量杂质成分,质地坚硬。

日常所见到的沙子、水晶和石英“师出同门”,其主要成分都是SiO2。

杂质少、结晶完美的就是水晶,差的就是沙子。在不同条件下,还能形成玛瑙、玉髓、燧石(火石)等。

石英因其结构,物理性质和化学性质十分稳定,具有耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀等特点。广泛应用于建筑、通信、光伏、光学、航空、半导体等各行各业。

从SiO2纯度以及杂质元素含量(FeK、Na、Li、Ca、Mg等),可以将石英分为普通石英和高纯石英。

一般而言,SiO2含量高于99.9%,Al、Fe等杂质含量小于20ppm,K的杂质含量小于1ppm的石英砂定义为高纯石英。

根据纯度的不同,我们可以进一步划分高纯石英为低端(3N)、中端(4N)、高端(4N8及以上)。

不同纯度的石英具体应用领域有所不同,3N以下的普通石英用来制造玻璃、耐火材料等。3N级用来制造硅酸系化工材料,4N级用作电子封装等领域、4N8应用于光伏、通信,5N级应用于半导体、芯片。

从应用领域来看,半导体和光伏为全球高纯石英砂需求最大的两个行业,产品附加价值较高。

而半导体与新能源产业是各国核心战略产业,高纯石英作为关键基础性材料,制备技术和出口受到严格的保护和限制。

02.高纯石英,稀缺性高

高纯石英的稀缺性体现在储量、品质、提纯工艺几个方面。

(1)高纯石英资源集中度极高,且部分矿床储量有限,高纯石英原料矿床极为稀缺。

目前全球高纯石英原料矿床集中在美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、毛里塔尼亚、中国、加拿大7个国家,共14处矿床,在产矿山仅7座。全球高纯石英砂资源量在5000-6600万吨,在产资源量在2000-2500万吨。

美国斯普鲁斯派恩(SprucePine)矿的高纯石英原料资源规模最大,超过1000万吨;资源量最小的是挪威德拉格(Drag)矿,仅有26.7万吨。

SprucePine是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。

目前全球能够规模化量产供应高纯度石英砂企业包括美国尤尼明Unimin、挪威TQC、石英股份等。

我国硅质资源丰富,但大部分矿床被作为普通硅石矿,用于普通玻璃、石材、建筑用砂等。从严格意义上我国专门生产高纯石英砂的矿山较少,国内半导体、光纤、光伏行业所需要的高质量的石英制品仍依赖从美国、欧洲、高价进口。

从光伏级石英砂产能来看,天风证券估算,21年龙头尤尼明出货约3万吨,占据约45%的市场份额,前三家尤尼明、TQC和石英股份的总量约5.6万吨,CR3市占率近85%。

往后看,尤尼明和TQC暂未公开披露光伏方面的扩产计划,仅石英股份有较大增量,行业22年和23年总产能预计分别为8.8和10.8万吨。

从环保要求、矿产资源禀赋、成本三要素来看,海外供给端提升有限。

(2)高纯石英砂提纯技术研发壁垒高。

高纯石英砂采用高品位的石英石经过预处理(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)、物理处理(主要包含磨矿、色选、磁选、浮选)和化学处理(主要包含酸洗、浸出和热氯化)三个过程。

对于企业而言,由于全球石英矿杂质存在差异,需要不同提纯技术来应对不同的矿源。

同时,不同矿源的颗粒度和一致性差异较大,对坩埚的质量提出一定的挑战,需要靠后期的提纯技术来改善不同矿源的颗粒度及一致性差异。

(3)石英矿资源的天生品质较为关键。

石英砂中的部分杂质含量或许可以通过酸洗、磁选等方式降低。但如果石英砂里面存在较多微小的晶体,则晶体之间交界处会存在不少杂质、包裹体,会增加提纯的难度、成本。

另外,如果石英砂晶体里面天生存在一定的气液包裹体,后期的提纯技术较难去除这类型气泡。

资源短缺、技术难度高、品质等因素使得高纯石英稀缺性大幅提升。

03.光伏需求旺盛,供需紧张

高纯石英在光伏产业中主要用来生产石英坩埚。

太阳能电池主产业链分为上游硅料、中游硅片、电池片、组件以及下游光伏系统、EPC、电站。

其中,硅片的制造是至关重要的一环。简单而言,其工艺过程需要将硅料融化、生长、拉晶,切片、清洗、抛光、研磨。

石英坩埚主因热稳定性好,对所加工的制品无污染等特性,被广泛应用于单晶/多晶硅生产,盛装熔融的硅液。

石英坩埚需要在1500℃以上的高温下连续工作300~400h,高温烧制导致耗损速度快,每生产一炉硅产品就可能会用掉一只坩埚。

石英坩埚更换周期较短,属于消耗性生产设备,下游需求量大。

石英坩埚的生产流程是通过旋转模具,利用离心力将石英砂制成坩埚形,然后将电极送电启弧,同时启动真空系统,使其快速熔化成坩埚形状的熔融石英,经冷却后取出。

光伏石英坩埚的尺寸需要和单晶炉尺寸配套,也与硅片尺寸大小配套。由于硅片尺寸的大型化,单晶炉和石英坩埚的尺寸也相应变大。

N型硅片对石英坩埚纯度要求更高。随着拉晶时间增加,杂质越来越多,使用寿命会较P型坩埚减少50-100小时,对应将会增加坩埚用量。

如果矿源品质和提纯技术无法同时满足要求,那么生产出来的石英砂就会导致石英坩埚寿命下降50~100h,如果发生漏硅现象则会导致整个热场系统受损,甚至导致生产事故。

高纯石英砂在石英坩埚成本中占比72%左右,高纯石英坩埚占下游硅片的成本占比只有1%~2%。石英砂涨价对下游成本影响较小,下游行业对价格上涨不敏感,容忍度较高。

在优先保障生产安全质量的考量下,下游企业倾向于尽可能使用质量较优的高纯石英砂。

因此,石英砂的价格弹性更高。

上海有色网数据显示,3月8日,高纯石英砂均价为7.5万元/吨,较2月23日5万元/吨的价格上涨2.5万元/吨,两周的时间涨幅达50%!

德邦证券预测,2025年高纯石英砂需求量有望达2022年2.7倍,CAGR达40%。在下游光伏需求持续增长背景下,高纯石英砂供需基本会一直维持偏紧的状态,价格有望维持上涨的态势。


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