全球高純石英資源現(xiàn)狀、生產(chǎn)、消費(fèi)及貿(mào)易格局

郝文俊，馮書文，詹建華，張 徐，李光惠

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊(duì)，安徽 合肥 230031)

石英的工業(yè)應(yīng)用十分廣泛，是重要的工業(yè)礦物之一。天然石英礦物資源的加工提純主要有天然水晶、石英砂巖、石英巖、脈石英、粉石英、天然石英砂和花崗巖石英七種礦床工業(yè)類型[1]。石英的工業(yè)應(yīng)用與高純石英SiO2純度有著密切關(guān)系，天然水晶、石英巖、脈石英等經(jīng)過(guò)精選和加工提純而成的SiO2含量≥99.9%的高純石英砂，是石英附加值最高應(yīng)用領(lǐng)域。其中，SiO2含量≥99.99%的高純石英是制備高端石英制品的原料，是硅產(chǎn)業(yè)高端產(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]，為半導(dǎo)體、光伏、電子信息和電光源等生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。隨著全球新技術(shù)、新材料的快速發(fā)展，其需求量將持續(xù)增長(zhǎng)。

1 全球高純石英資源概況

高純石英一般都是以一、二級(jí)天然水晶為原料[3]，但由于儲(chǔ)量很小，開采技術(shù)條件差，以及開采資源逐步枯竭等原因，后期通過(guò)改進(jìn)技術(shù)，以脈石英和花崗巖石英替代天然水晶為原料，制備高純石英成為一種趨勢(shì)[4-5]。20 世紀(jì)80 ～90 年代，美、日、德等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家采用脈石英、花崗巖石英加工高純石英，如日本和美國(guó)采用花崗巖石英，俄羅斯和德國(guó)用脈石英和變質(zhì)石英巖加工高純石英[6-7]，全球能夠加工成高純石英原料資源分布較少，且不均勻。巴西是世界水晶主要產(chǎn)出國(guó)，水晶資源總量有1 556萬(wàn)t，占全世界的90%；次之為馬達(dá)加斯加和危地馬拉。加拿大、俄羅斯、美國(guó)、挪威、澳大利亞、法國(guó)、意大利、印度、土耳其、緬甸等30 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)有少量資源。脈石英礦床世界各地均有分布，差異不大。

2014 年以來(lái)，全球能夠加工成SiO2含量≥99.9%高純石英砂的資源量呈減少趨勢(shì)(圖1)，隨著戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，其需求量持續(xù)增長(zhǎng)，使全球高純石英原料資源量持續(xù)減少。2014 年全球能夠加工成高純石英原料資源儲(chǔ)量10 354 萬(wàn)t，截止2019 年底，減少至7 287 萬(wàn)t，減少率達(dá)到29.62%。

按照能夠加工成SiO2含量≥99.9%高純石英砂的資源統(tǒng)計(jì)，巴西是全球第一大資源量國(guó)，2019年資源量為2 111 萬(wàn)t，在全球中占比28.97%，礦石類型主要為天然水晶。美國(guó)是第二大資源量國(guó)，2014 年資源量為2 563 萬(wàn)t，2019 年資源量為1 822萬(wàn)t，減少741 萬(wàn)，在全球中仍占比25.0%，礦石類型主要為花崗巖石英，分布在北卡羅來(lái)納州Spruce Pine 地區(qū)。加拿大位列全球第三，2019 年資源量為1 000 萬(wàn)t，占比13.72%，礦石類型主要為脈石英，主要分布在魁北克省東南部約翰比茲灣(Johan Beetz Bay)的海岸帶。我國(guó)的脈石英和水晶2019 年資源量為685 萬(wàn)t，其中水晶資源量?jī)H為0.69 萬(wàn)t[8]。挪威、俄羅斯和印度的脈石英資源，馬達(dá)加斯加的水晶資源在全球占一定比例。

圖1 2012 ～2019 年高純石英原料資源儲(chǔ)量情況

2 全球高純石英生產(chǎn)情況

高純石英的制備方法主要有3 大類，分別為天然水晶粉磨加工、石英礦物深度提純及用含硅化合物化學(xué)合成。由于天然水晶資源逐漸枯竭，而化學(xué)合成法缺點(diǎn)較多，難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，以脈石英、石英巖和石英砂巖等石英礦物替代水晶生產(chǎn)高純石英是未來(lái)的主要研究方向[9]，其中脈石英相對(duì)石英巖、石英砂巖成分單一，SiO2含量較高，是制備高純石英的重要原料[10]。石英礦物深度提純主要是除去其中少量或微量雜質(zhì)，獲得高純石英，常用擦洗、重選、磁選、浮選、酸浸、高溫氯化等選礦工藝[11]。

據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)司數(shù)據(jù)，2012 年以來(lái)SiO2含量≥99.9%高純石英砂生產(chǎn)整體呈上升趨勢(shì)。2012 年生產(chǎn)量74.85 萬(wàn)t(圖2)，2019 年增長(zhǎng)到123.62 萬(wàn)t，增長(zhǎng)幅度65.16%。中國(guó)生產(chǎn)量由6.72 萬(wàn)t，增長(zhǎng)到23.7 萬(wàn)t，增長(zhǎng)率251.11%。

全球生產(chǎn)SiO2含量≥99.9%高純石英砂的國(guó)家主要有美國(guó)、中國(guó)、挪威、加拿大、俄羅斯、巴西等國(guó)。2019 年美國(guó)產(chǎn)量65.52 萬(wàn)t，占比全球產(chǎn)量的53.00%，中國(guó)產(chǎn)量23.7 萬(wàn)t，占比全球產(chǎn)量的19.17%。目前，全球的產(chǎn)能173.14 萬(wàn)t/年，其中美國(guó)產(chǎn)能95.23 萬(wàn)t/年，中國(guó)產(chǎn)能27 萬(wàn)t/年(圖3)。全球產(chǎn)品產(chǎn)能利用率71.40%，其中美國(guó)68.80%，中國(guó)87.77%。2019 年全球SiO2含量≥99.99%高純石英42.58 萬(wàn)t，其中美國(guó)產(chǎn)量達(dá)36.24 萬(wàn)t，占比全球產(chǎn)量的85.1%；挪威產(chǎn)量3.79 萬(wàn)t，占比全球產(chǎn)量的19.17%；中國(guó)產(chǎn)量1.36 萬(wàn)t，占比全球產(chǎn)量的3.2%。

圖2 2012 ～2019 年高純石英砂產(chǎn)量情況

圖3 2012 ～2019 年全球及主要國(guó)家高純石英砂產(chǎn)能

3 全球高純石英消費(fèi)情況

3.1 消費(fèi)結(jié)構(gòu)

據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)(協(xié)會(huì))WSTS、中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所數(shù)據(jù)，2012 年全球消費(fèi)高純石英73.35 萬(wàn)t，其中半導(dǎo)體領(lǐng)域消費(fèi)45.36 萬(wàn)t(61.84%)，光通訊領(lǐng)域消費(fèi)8.79 萬(wàn)t(11.98%)，光伏領(lǐng)域消費(fèi)6.67 萬(wàn)t(9.09%)、電光源領(lǐng)域消費(fèi)2.92 萬(wàn)t(3.98%)、其他領(lǐng)域消費(fèi)9.61 萬(wàn)t(13.10%)，用于半導(dǎo)體、光伏、光通訊、電光源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域約占消費(fèi)量的87%。2019 年全球消費(fèi)高純石英121.44 萬(wàn)t，其中用于電光源領(lǐng)域消費(fèi)4.74 萬(wàn)t(3.90%)、半導(dǎo)體領(lǐng)域消費(fèi)79.30 萬(wàn)t (65.30%)，光伏領(lǐng)域消費(fèi)14.52 萬(wàn)t(11.93%)，光通訊領(lǐng)域消費(fèi)17.97 萬(wàn)t(14.80%)，其他領(lǐng)域消費(fèi)4.91 萬(wàn)t(4.04%)，半導(dǎo)體、光伏、光通訊、電光源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域約占消費(fèi)量的96%。

2012 ～2019 年，全球高純石英消耗量逐年增加，用于半導(dǎo)體、光通訊、光伏、電光源領(lǐng)域消費(fèi)量逐年增加，用于其他領(lǐng)域消費(fèi)逐年減少(圖4)。

圖4 2012 ～2019 年全球高純石英分領(lǐng)域消費(fèi)變化

我國(guó)是高純石英消費(fèi)大國(guó)，中低端產(chǎn)品能夠自給，少量出口，高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口[4]。2012 年我國(guó)為主要消費(fèi)高純石英國(guó)家，其中電光源領(lǐng)域消費(fèi)占8.42%，半導(dǎo)體領(lǐng)域消費(fèi)占46.56%，光伏領(lǐng)域消費(fèi)占14.98%、光通訊領(lǐng)域消費(fèi)占23.44%、其他領(lǐng)域消費(fèi)占6.60%，其中半導(dǎo)體、光伏、光通訊、電光源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域約占消費(fèi)量的93.4%。

2019 年隨著新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)高純石英的消費(fèi)結(jié)構(gòu)有所變化，其中電光源領(lǐng)域消費(fèi)占5.73%，半導(dǎo)體領(lǐng)域領(lǐng)域消費(fèi)占50.49%，光伏領(lǐng)域消費(fèi)占17.15%，光通訊領(lǐng)域消費(fèi)占23.02%、其他領(lǐng)域消費(fèi)占3.62%，半導(dǎo)體、光伏、光通訊、電光源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域約占消費(fèi)量的96.38%。2012 ～2019 年中國(guó)高純石英消費(fèi)整體呈上漲趨勢(shì)，新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域消費(fèi)量增長(zhǎng)2.98%，其中半導(dǎo)體、光伏領(lǐng)域消費(fèi)增加較多，光通訊領(lǐng)域持平，電光源及其他領(lǐng)域消費(fèi)相對(duì)減少(圖5)。

圖 5 2012 ～2019 年中國(guó)分領(lǐng)域消費(fèi)量占比

3.2 市場(chǎng)消費(fèi)格局

全球高純石英消費(fèi)主要在亞洲、北美、歐盟等地區(qū)，主要有中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、荷蘭等國(guó)家。目前基本形成了以美國(guó)、中國(guó)、挪威、加拿大、俄羅斯、巴西等國(guó)為主要供應(yīng)方，以中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、荷蘭等國(guó)為主要需求方的供需格局，供需格局特征為供應(yīng)方與需求方均較為集中，全球主要國(guó)家高純石英消費(fèi)需求差異較大。

2012 年以來(lái)，全球高純石英消費(fèi)穩(wěn)定增長(zhǎng)(圖6)，亞洲消費(fèi)量由2012 年31.37 萬(wàn)t 增長(zhǎng)到2019年的62.53 萬(wàn)t，2019 年在全球高純石英消費(fèi)中占51.49%；北美消費(fèi)量由2012 年24.54 萬(wàn)t 增長(zhǎng)到2019 年的35.82 萬(wàn)t，2019 年在全球高純石英消費(fèi)中占29.5%；歐盟消費(fèi)量由2012 年12.28 萬(wàn)t 增長(zhǎng)到2019 年的18.8 萬(wàn)t，2019 年在全球高純石英消費(fèi)中占16.47%；其他國(guó)家消費(fèi)量由2012 年5.16 萬(wàn)t增長(zhǎng)到2016年的9.34萬(wàn)t，2019年消費(fèi)量減少至4.29萬(wàn)t，呈先增加后減少的趨勢(shì)，2019 年在全球高純石英消費(fèi)中占3.53%。

圖 6 2012 ～2019 年主要地區(qū)高純石英消費(fèi)變化

4 全球高純石英貿(mào)易格局

全球約43 個(gè)國(guó)家和地區(qū)出口高純石英，主要出口國(guó)為德國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)、馬來(lái)西亞、日本、挪威等國(guó)；66 個(gè)國(guó)家和地區(qū)進(jìn)口高純石英，主要進(jìn)口國(guó)和地區(qū)為中國(guó)、日本、馬來(lái)西亞、韓國(guó)、德國(guó)、捷克等。德國(guó)、美國(guó)擁有資源或先進(jìn)的高純石英加工技術(shù)，出口高附加值的高純石英精加工制品，形成以德國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)、日本、馬來(lái)西亞、挪威等國(guó)為主要出口國(guó)，中國(guó)、日本、韓國(guó)、新加坡、美國(guó)、德國(guó)、馬來(lái)西亞等為主要進(jìn)口國(guó)的貿(mào)易格局。

4.1 進(jìn)口情況

2019 年全球高純石英進(jìn)口量20.54 萬(wàn)t，其中中國(guó)進(jìn)口量為14.45 萬(wàn)t(圖7)，是全球第一大高純石英進(jìn)口國(guó)，占全球進(jìn)口總量的70.35%。中國(guó)從德國(guó)進(jìn)口5.27 萬(wàn)t，占總進(jìn)口量的36.47%；從其他國(guó)進(jìn)口9.18 萬(wàn)t，占總進(jìn)口量的63.53%，主要包括：韓國(guó)4.89 萬(wàn)t、馬來(lái)西亞2.13 萬(wàn)t、美國(guó)0.59 萬(wàn)t、日本0.46 萬(wàn)t。

日本是全球第二大高純石英進(jìn)口國(guó)，2019 年高純石英進(jìn)口量為1.84 萬(wàn)t，占全球進(jìn)口總量的8.96%。主要進(jìn)口于美國(guó)(0.91 萬(wàn)t)，占總進(jìn)口量的49.29%；從其他國(guó)家進(jìn)口0.93 萬(wàn)t，占總進(jìn)口量的50.71%，主要包括：亞洲其他地區(qū)0.32萬(wàn)t、德國(guó)0.26萬(wàn)t、韓國(guó)0.11 萬(wàn)t。

2019 年其他國(guó)家進(jìn)口量：馬來(lái)西亞0.79 萬(wàn)t、韓國(guó)0.72 萬(wàn)t、德國(guó)0.62 萬(wàn)t、捷克0.39 萬(wàn)t、西班牙0.26 萬(wàn)t、新加坡0.20 萬(wàn)t、挪威0.19 萬(wàn)t。

美國(guó)、新加坡高純石英進(jìn)口價(jià)較高，最高為美國(guó)高達(dá)69 634 美元/t，新加坡64 196 美元/t。中國(guó)進(jìn)口價(jià)中等偏低，為8 740 美元/t，捷克、西班牙進(jìn)口價(jià)較低，分別為3 710美元/t、1 734美元/t(圖8)。

圖8 2019 年主要國(guó)家高純石英進(jìn)口價(jià)

2017 ～2019 年，中國(guó)高純石英進(jìn)口數(shù)量變化不大，但成交額逐年縮減，成交價(jià)格減小(表1)。

表1 2017 ～2019 年中國(guó)高純石英進(jìn)口情況

4.2 出口情況

2019 年 全 球 高 純 石 英 出 口 量19.98 萬(wàn)t，其中德國(guó)出口量6.37 萬(wàn)t(圖9)，約占全球總出口量31.88%，是全球第一大高純石英出口國(guó)，其出口金額達(dá)8.38 億美元。主要出口到中國(guó)(5.27 萬(wàn)t)、其他亞洲國(guó)家(0.45 萬(wàn)t)、日本(0.26 萬(wàn)t)、韓國(guó)(0.15 萬(wàn)t)、新加坡(0.15 萬(wàn)t)、意大利(0.09 萬(wàn)t)、瑞士(0.05 萬(wàn)t)、俄羅斯(0.05 萬(wàn)t)、美國(guó)(0.03萬(wàn)t)等國(guó)家。

圖9 2019 年主要國(guó)家高純石英出口量

韓國(guó)是全球第二大高純石英出口國(guó)，2019年出口高純石英5.49 萬(wàn)t，約占全球總出口量27.48%，出口金額為4.99 億美元。主要出口到中國(guó)(4.89萬(wàn)t)、其他亞洲國(guó)家(0.19萬(wàn)t)、日本(0.11萬(wàn)t)、中國(guó)香港(0.05 萬(wàn)t)、馬來(lái)西亞(0.04 萬(wàn)t)等國(guó)家和地區(qū)。

全球第三大高純石英出口國(guó)為美國(guó)，2019 年高純石英出口3.79 萬(wàn)t，出口金額為8.02 億美元。主要出口到日本(0.91 萬(wàn)t)、韓國(guó)(0.71 萬(wàn)t)、中國(guó)(0.59萬(wàn)t)、德國(guó)(0.57 萬(wàn)t)、越南(0.36 萬(wàn)t)、其他亞洲國(guó)家(0.30 萬(wàn)t)、挪威(0.10 萬(wàn)t)、中國(guó)香港(0.08萬(wàn)t)、馬來(lái)西亞(0.07 萬(wàn)t)等國(guó)家。

高純石英產(chǎn)品出口單價(jià)相差懸殊(圖10)，其中美國(guó)、日本、韓國(guó)、德國(guó)等國(guó)主要出口高純石英深加工產(chǎn)品，出口單價(jià)較高。日本29 114.95 美元/t、美國(guó)21 163.88 美元/t、瑞士20 944.84 美元/t、新加坡19 285.51 美元/t、德國(guó)13 159.38 美元/t、韓國(guó)9 093.04 美元/t、馬來(lái)西亞8 305.55 美元/t、挪威7 459.39 美元/t。意大利高達(dá)59 821.09 美元/t，可能是礦石特性使然，出口量少。而中國(guó)及中國(guó)香港、西班牙等以出口高純石英初級(jí)產(chǎn)品為主，出口單價(jià)分別為：中國(guó)7 216.37 美元/t、中國(guó)香港5 149.04 美元/t、巴西2 991.69 元/t、西班牙1 875.08 美元/t[14]。

2017 ～2019 年，中國(guó)高純石英出口量減小，成交額大幅縮減，成交價(jià)格變化大(表2)。

圖10 2019 年主要國(guó)家高純石英出口價(jià)

表2 2017 ～2019 年中國(guó)高純石英出口情況

5 結(jié)論

(1) 全球能夠加工高純石英資源分布較少，且不均勻廣泛。隨著高純石英消耗量不斷增加，保有儲(chǔ)量不斷減少。

(2) 全球形成以中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、荷蘭等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展發(fā)達(dá)及發(fā)展中國(guó)家，為高純石英消費(fèi)國(guó)，主要用于半導(dǎo)體、光伏、光通訊、電光源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，隨著5G 時(shí)代的來(lái)臨，將給相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)一輪新的大增長(zhǎng)，也將推動(dòng)高純石英行業(yè)的加速發(fā)展。

(3) 全球高純石英形成以德國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)、馬來(lái)西亞、日本、挪威等國(guó)為主要供應(yīng)方，以中國(guó)、日本、馬來(lái)西亞、韓國(guó)、德國(guó)、捷克等國(guó)為主要需求方的供需格局，隨著戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，將會(huì)使全球高純石英供需格局發(fā)生一定的變化。

(4) 制備高純石英主要通過(guò)化學(xué)合成、天然水晶加工及石英礦物深度提純，但由于化學(xué)合成、天然水晶加工的制備受原料、成本、產(chǎn)量等方面的制約，難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，因此，脈石英等作為制備高純石英的礦源及其加工提純技術(shù)是未來(lái)重點(diǎn)研究方向。