石英砂行业市场分析报告

石英砂行业市场分析报告纯度标准严苛，各应用领域有明显梯度“原矿”资源属性+“提纯”工艺筑行业壁垒供需有望保持紧平衡，价格仍有提升空间目录CONTENTS“两家海外+国内一大”格局，石英股份国产化进程提速1纯度标准严苛，各应用领域有明显梯度N研专

业

｜

领

先

｜

深

度

｜

诚

信◼

高纯石英砂物化特性优异，应用领域广泛。高纯石英砂通常是指w(SiO2)>99.9%的石英粉体，一般由高品位的天然石英矿物经过提纯技术生产。高纯石英砂独特的晶体结构和晶格变化规律，使其具有耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀等特点。◼

低、中端高纯石英砂已实现国产化，高端以海外进口为主。国内学术界当前将高纯石英砂定义为：SiO

含量＞99.9%，Fe

O322含量＜10ppm，Al

O

含量＜25ppm的石英产品。按产品标准可细分为低端（3N）、中端（4N）

、高端（4N8）产品，低、中23端产品已实现国产化，而高端产品则主要从海外进口。◼

各纯度标准产品应用领域不同，价格差异大。按应用市场分类：4N级产品主要应用于高级照明、电子封装工业等领域，价格在600-1500美元/吨；4N8级产品主要用于光伏、通信工业领域，价格在5500-8500美元/吨；5N级产品则主要应用于半导体、芯片制造领域，价格在12000-15000美元/吨。图表：高纯石英砂产品分类和技术状况图表：石英品质分类(根据杂质总量)、价格范围和作为矿床开采所需的最小规模按SiO2含量按杂质元素总量技术现状国产化分类＜1000×10-6≥99.9%(3N)≥99.99%(4N)≥99.998%(4N8)低端产品＜100×10-6＜20×10-6中端产品高端产品国产化从美国、挪威、日本等进口图表：高纯石英应用市场纯度（SiO2含量）＞99.99%＞99.998%＞99.999%高级照明、电子封装工业、光学工业应用行业太阳能光伏、通信工业半导体工业、芯片制造高温灯管、熔融石英管、石英

单晶硅坩埚、多晶硅坩埚、

CZ坩埚、半导体用高纯主要产品玻璃、硅微粉、光学装置、特

优质石英玻璃及制品、光导

石英玻璃、半导体用高种石英光学玻璃纤维及附属光电元件等端石英坩埚价格（美元/吨）600-15005500-850012000-15000资料来源：《高纯石英原料矿物学特征与加工技术进展》马超等，2019；《高纯石英原料特征和矿床成因研究现状综述》王云月等，2021；市场研究部5资料来源：《高纯石英的研究进展及发展趋势》杨晓勇等，2022；市场研究部◼

高纯石英砂纯度高，杂质含量低于20ppm。高纯石英砂中的高端产品是以尤尼明（北美）公司的IOTA-STD为标准，十二种元素杂质的含量小于20ppm，其中碱金属（K，Na，Li）分别小于1ppm的高技术产品。尤尼明公司生产的高纯石英砂系列产品占据全世界大部分市场，其石英产品纯度被称为“高纯石英砂世界标准纯度”。图表：尤尼明(北美)公司高纯石英产品标准图：石英元素丰度范围(灰色的条带)和平均值以及IOTA

标准石英和高纯石英推荐的元素含量上限资料来源：《高纯石英原料特征和矿床成因研究现状综述》杨晓勇等，2022；市场研究部资料来源：《高纯石英的研究进展及发展趋势》王云月等，2021；市场研究部6◼

坩埚生产环节用高纯石英砂标准较光伏玻璃石英砂更严苛。光伏坩埚用石英砂纯度需达到99.998%，光伏生产环节用（如清洗环节）石英制品纯度要求为99.99%以上，均高于光伏玻璃石英砂98.55%的纯度要求，且对杂质含量要求标准也远高于光伏玻璃。◼

坩埚环节为保证坩埚熔制效果，严格控制各金属杂质含量。若高纯石英砂纯度不足：1）熔制过程造成坩埚本身形变，导致坩埚使用寿命降低；2）影响拉制单晶硅的纯度，从而导致硅棒良品率的降低。◼

光伏玻璃为提高透光性，需控制Fe3+含量。Fe3+含量高会增加玻璃本身的吸光性，从而降低光伏组件光电转换效率。图表：石英坩埚用高纯石英砂与光伏玻璃用石英砂对比石

英

砂

纯

度

要

求

对

比对

应

产

品光伏玻璃需

求说

明SiO2FeAlFe3+使玻璃呈绿色，降低玻璃高透光率≥98.55%＜0.015%＜1%光线透过率Al含量高影响拉制晶硅纯度，Na、K、Li含量高使坩埚软化温度降低，Cu、Mn、Fe含量高使坩埚产生色斑晶硅熔制纯度高，坩埚使用寿

≥99.998%

＜0.0005%命的积极性坩埚环节＜0.02%资料来源：《GB/T30984.1-2015太阳能用玻璃》；《GB/T

32649-2016光伏用高纯石英砂》；《石英原料在太阳能级石英坩埚应用中存在的一些问题》金小宁等，2012；市场研究部72N“原矿”资源属性+“提纯”工艺筑行业壁垒研专

业

｜

领

先

｜

深

度

｜

诚

信◼

工业应用的石英矿物资源主要有天然水晶、石英砂岩、石英岩、脉石英、粉石英、天然石英砂和花岗岩石英等7种矿床工业类型。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、热液脉石英型等。◼

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大，石英纯度高，但石英含量较低，伟晶岩含有大约40%的更长石、25%石英、20%微斜长石（一般为条纹长石）和15%的白云母；脉石英矿床分布广泛，但规模相对较小。图表：石英矿床工业类型与应用特点的关系矿床工业类型

矿床与矿石特点工业应用特点品质好，美观；储量小，资源少，开采条件差，价格贵，成

曾经是高纯石英原料，现主要用作水晶工艺天然水晶分不稳定，标准化困难品原料几乎所有ω(SiO2)

99%±产品，但受粒度大小、球度、圆度和破碎率等天然影响，一些不适用于型砂、3D打印砂和石油支撑剂规模大，开采条件好，易于破碎分级和大规模生产；胶结物成分比较复杂，杂质较多石英砂岩矿床规模大，地质产状稳定，开采条件较好，致密均匀，块度好，适合大规模生产；硬度大，破碎加工成本高，杂质提纯困难，缺少天然粒形金属硅，同时适用于不受粒度大小和角形因石英砂数影响的其它ω(SiO2)

99%±产品硅微粉等ω(SiO2)

99%~99.9%产品，高纯石英等ω(SiO2)＞99.9%产品，以及石英板材、金属硅等矿床分布广泛，规模相对较小，几乎全部为石英，ω(SiO2)

通常＞99.9%，质量比较稳定，开采难度相对较大脉石英粉石英矿床分布不多，一般规模不大，自然白度高，天然疏松多孔，容易超细粉碎加工；缺少天然坡度和粒度陶瓷原料、硅微粉等铸造型砂，3D打印砂，石油支撑剂，彩色石英砂，如果ω(SiO2)

达标，适用于ω(SiO2)99%其他产品矿床规模一般较大，通常具有良好的天然粒度、球度和圆度，杂质成分比较多天然石英砂花岗岩石英矿床规模大，石英杂质少高纯石英，尤其是高纯石英高端产品等9来源：中国粉体网、自然资源部、欧晶科技、市场研究部◼

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。◼

美国斯普鲁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，其他国家难以发现类似的矿床。但近年来各国加大勘查找矿力度，已发现10多处可用作高纯石英原料的矿床，生产低-中档高纯石英砂，逐渐打破斯普鲁斯派恩矿在高纯石英砂产业的垄断格局。图表：全球高纯石英砂资源分布情况图表：全球高纯石英原料矿床的资源分布与开发现状来源：《Highpurityquartzsupply

&demand》Murray

Lines，2019；《全球高纯石英原料矿的资源分布与开发现状》王九一，2021；市场研究部10◼

原矿要求高：质量优劣与杂质元素含量高低不是简单的对应关系，而与原料包裹体特征、元素的赋存状态和存在形式有关。图：石英原料包裹体特征及杂质元素的含量和赋存状态均影响高纯石英砂的质量和加工难度来源：中国粉体网、欧晶科技、市场研究部11◼

石英股份原矿储备充足，可满足约4.7万吨高纯石英砂的生产。从石英股份2016-19H1石英石采购价格来看，单价逐年上升。2021年末石英股份原材料账面余额为23621万元，根据石英股份近年石英石采购单价趋势，假设以2500元/吨单价计算，石英股份21年石英石库存约9.4万吨。按照每2吨原矿可生产1吨高纯石英砂进行估算，我们预计石英股份21年底石英石库存可满足近4.7万吨高纯石英砂的生产。图表：石英股份石英石采购单价稳步提升图表：石英股份原材料账面余额明显提升石英石采购单价（元/吨）原材料账面余额（万元）2362125002000150010005000250002000015000100005000021431821617981635143210610103061765289499846722015

2016

2017

2018

2019

2020

2021201520162017201819H1资料来源：石英股份可转债募集说明书、市场研究部；资料来源：石英股份年报、市场研究部；12图表：矿物提纯法工艺流程◼

高纯石英砂制备工艺有矿物提纯及化学合成法，目前主要采用矿物提纯法（成本更低）。◼

提纯难度：难点在于对不同品位的矿进行提纯剔除杂质（尤其是金属杂质），均能获得符合要求的高纯石英砂（一致性和稳定性高的产品）。生产环节的约束并不仅是在稳定的矿源供应，也在于提纯技术的积累。◼

高纯石英砂提纯法主要工艺流程为：原矿硅石经洗矿机洗去泥沙

，

破

碎

机

粗

破

后

，

将

合

格

石

英

料

投

入

焙

烧

炉

中

，

在850℃~980℃温度下焙烧6个小时，焙烧后将石英料拖入清水中进行水淬，再经人工拣选出去除杂质后送入破碎机进行破碎并过筛，再将通过筛网的石英砂送入磁选机，磁选后石英砂投入到配有HCl和HF混合酸的酸缸中浸泡一周，再经浮选、脱水、烘焙、冷却、包装，制得高纯石英砂。13来源：硅业分会，市场研究部◼

化学合成法技术路线包含气相合成法、液相合成法、氟硅酸法等。合成石英具有纯度更高（6N）、光学性能更优等特性，正逐步成为7

纳米以下的半导体产品生产中的替代材料。◼

气相法：以SiCl

等为原料，在氢-氧气流高温下（1200-1600℃）水解制得烟雾状的SiO

，经冷却、分离、脱酸等过程42后即得到成品的SiO

颗粒。通过控制温度、分两步的气相水解方法制备合成SiO

粉，但其技术工艺较复杂，效率低，22技术还不成熟，目前也仅适于实验室的研制，大规模工业化生产困难。◼

液相合成法：主要有溶胶-凝胶法、沉淀法、微乳液法、液相水解法等。与气相合成法相比，液相合成法具有反应温度低、设备简单，能耗少等优点，可工业应用。其中，我国已研制成功低羟基、高纯石英粉，结晶形态为方石英，经试用该高纯石英粉适合于制备高纯低羟基石英玻璃及连熔石英玻璃管等。◼

氟硅酸法：先制得无定型二氧化硅、副产氟化铵，再高温加热至熔融状态，分阶段冷却，得到沙粒状的晶体石英砂。二氧化硅纯度达6N

，可用于制造拉制单晶硅或多晶硅的石英坩埚。图：气相合成法：传统与两步气相水解制备石英粉图：氟硅酸法生产高纯二氧化硅工艺路线图图：高纯二氧化硅制备高纯石英砂装置来源：中国粉体网，市场研究部14◼

海外巨头拥有更完整的研发、检测体系，在产品稳定批量供应方面具备领先优势。◼

检测技术：试剂纯度、加工环节的材料、生产环境对产品品质有影响，每个环节的在线检测可以有效把控产品品质。对于IOTA标准的高纯石英，化学分析法和X射线荧光光谱法（XRF）检测难以满足其质量检测要求。目前ICP-OES已经成为检测高纯物料微量化学成分的有效方法。如图对于美国尤尼明高纯石英样品，国内ICP检测结果与该公司公布的产品检测结果的平均数值存在较大差异，说明目前我国在低杂质检测技术上尚存在一些问题，与国际先进水平还存在明显差距。来源：《高纯石英全球资源现状与我国发展建议》，市场研究部153供需有望保持紧平衡，价格仍有提升空间N研专

业

｜

领

先

｜

深

度

｜

诚

信◼

石英坩埚：是光伏单晶炉的关键部件，是拉制大直径单晶硅的消耗性器皿，主要用于盛装熔融硅并制成后续工序所需晶棒。1978-1988年，我国的电弧法石英坩埚、高纯涂层坩埚同激光用石英玻璃、高纯耐高温石英玻璃管等石英制品已完成研制并实现规模化生产。1989-2000年，此阶段主要是在引进国外先进技术吸收消化的基础上实现国有化。2000年以后，随着技术进步，坩埚尺寸从12英寸一直发展到32英寸，少数企业已达到40英寸。◼

石英坩埚生产原理：将高纯石英粉装入可任意倾动角度的旋转成型模内，利用离心力成型，将已成坩埚形的旋转着的装置移动至电极棒处，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，即完成一个石英坩埚的熔融。图表：石英坩埚应用于单晶拉制图表：石英坩埚生产工艺流程图来源：欧晶科技招股说明书、市场研究部来源：《石英坩埚相关知识介绍》、市场研究部17◼

坩埚结构：石英坩埚分为外层（不透明层）、中内层（真空透明层）。外层（不透明层）内部含有大量气泡，受热均匀，保温效果好；中内层（透明层）均匀致密、表面光滑，可以增强坩埚的强度（抗变形），降低内表面的温度（防失透）。根据每家坩埚厂商配方差异，中内层砂占比30%-40%不等。图表：石英坩埚结构图表：石英坩埚透明层和不透明层图表：真空层的形成来源：《石英坩埚相关知识介绍》、市场研究部18◼

石英坩埚中内层对高纯石英砂高纯、低铝、低碱、抗析晶的要求更高。坩埚最内表层是指透明层中最靠近内表面1-2mm的部分。坩埚对硅液起作用的机理是，由于与硅液接触的内表面不断向硅液中熔解，并且伴随着透明层中的微气泡不断的长大，靠近最内表面的气泡破裂，伴随着硅液释放石英微颗粒以及微气泡。而这些杂质会以微颗粒以及微气泡的形式伴随着硅液流遍整个硅熔体，直接影响到硅的成晶（整棒率、成晶率、加热时间、直接加工成本等）以及单晶硅的质量（穿孔片、黑芯片等）。◼

高纯石英砂纯度对石英坩埚寿命有影响。根据光伏见闻，石英坩埚内壁用尤尼明石英砂，寿命可达450小时以上，如果用从印度进口的石英砂做内壁，坩埚使用寿命只能达到200小时左右。图表：随着拉晶时间提升气泡增大图表：石英坩埚气泡进入到硅溶液影响硅棒成品率图表：坩埚中杂质影响硅棒成品率来源：《石英坩埚相关知识介绍》、市场研究部来源：《石英坩埚相关知识介绍》、市场研究部来源：《石英坩埚相关知识介绍》、市场研究部19◼

石英坩埚尺寸大型化：根据欧晶科技招股说明书，单只28英寸单晶坩埚重量超40kg。硅片大型化趋势下，石英坩埚尺寸不断增大，重量也相应增加。同时考虑到在相同尺寸下，坩埚厚度、高度等也有差异，我们预计32英寸坩埚重量约70-80kg，36英寸坩埚重量约90-100kg。◼

石英坩埚使用寿命有望不断提升：目前石英坩埚使用寿命约在400-450小时，实际使用中不到400小时就开始停炉更换石英坩埚。随着技术进步，坩埚使用寿命有望不断提升。图表：欧晶科技单只石英坩埚重量（kg）图表：硅片大型化趋势下，石英坩埚尺寸和重量逐渐加单只石英坩埚重量（kg）504540353025201510546.441.541.838.2020172018201920H1来源：欧晶科技招股说明书、市场研究部来源：欧晶科技官网、市场研究部注：20H1按照28英寸与32英寸5:1测算20◼

全球装机持续提升：预计2021-2024全球光伏年度新增装机由170GW增至约375GW，复合增速30%。◼

N型硅片占比提升：N型单晶电池效率更高，预计2030年占比有望提升至50%。而N型硅片对于多晶硅原料以及部分辅材的纯度要求更高，N

型硅片更换石英坩埚频率更高，进而对高纯石英砂的需求量更高。因此，除了光伏下游总量的提升，结构升级望贡献高纯石英砂行业增量。图表：20-23E全球光伏新增装机量CAGR+30%图表：N型单晶较P型单晶效率高图表：N型硅片渗透率逐步提升全球光伏新增装机（GW）YOY（%）4003503002502001501005045%40%35%30%25%20%15%10%5%00%来源：CPIA、市场研究部来源：《中国光伏产业发展路线图（2020年版）》、市场研究部来源：CPIA、市场研究部21◼

预计22-24年全球高纯石英砂需求为6.2、8.2、9.9万吨。我们预计22-24年全球光伏装机容量240、300、375GW；坩埚使用寿命为380、400、400小时；大型化趋势下单个坩埚平均重量为80、90、90kg；高纯石英砂制造单晶坩埚损耗系数0.8；中内层砂需求占比40%，外层砂需求占比60%。图表：预计22-24年全球高纯石英砂需求为6.2、8.2、9.9万吨全球需求测算表2021E

2022E

2023E

2024E全球光伏装机量（GW）容配比1701.295%197100240

300

3751.2

1.3

1.398%

98%

98%287

376

47895

90

85单晶占比单晶硅片需求（GW）1GW硅片所需单晶炉（台）单晶炉数量（台）坩埚使用寿命（小时）单个坩埚重量（kg）损耗系数19703

27260

33869

4060935070380

400

40080

90

900.8

0.8

0.86.2

8.2

9.92.5

3.3

3.93.7

4.9

5.90.8全球光伏用高纯石英砂需求量（万吨）

4.3中内层砂需求量（万吨）外层砂需求量（万吨）1.72.6来源：CPIA、石英股份公告、欧晶科技招股说明书、市场研究部测算22◼

22-24年高纯石英砂供需有望保持紧平衡。预计22-24年高纯石英砂需求约6.2、8.2、9.9万吨，供给约6.0、8.2、9.8万吨，供需缺口为-0.2、-0.1、-0.1万吨。◼

石英股份产品价格有望继续提升。一方面，行业供需紧平衡下，行业整体均价有所抬升；另一方面，石英股份中内层砂占比有望逐步提升，而中内层砂均价更高，有望带动整体均价提升。图表：预计22-24年全球高纯石英砂供需保持紧平衡图表：石英股份高纯石英砂售价持续提升公司高纯石英砂售价（万元/吨）高纯石英砂供需平衡表2021E

2022E

2023E

2024E2.502.15全球高纯石英砂供应量（万吨）

4.2

6.0

8.2

9.8全球高纯石英砂需求量（万吨）

4.3

6.2

8.2

9.91.971.952.001.501.000.500.001.781.651.621.61供给-需求-0.1

-0.2

-0.1

-0.12021E

2022E

2023E

2024E1.7

3.5

5.5

6.81.4

3.2

5.2

6.40.3

0.3

0.3

0.42.5

2.5

2.7

3.04.2

6.0

8.2

9.8全球供应测算表国内合计（万吨）石英股份（万吨）国内其他厂商（万吨）海外合计（万吨）全球供给（万吨）2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021来源：CPIA、石英股份公告、欧晶科技招股说明书、市场研究部测算来源：石英股份年报、石英股份可转债募集说明书、市场研究部测算234“两家海外+国内一大”格局，石英股份N国产化率提速研专

业

｜

领

先

｜

深

度

｜

诚

信◼

目前全球仅尤尼明、TQC、石英股份三家企业具备量产高纯石英砂的能力，国内其他有江苏阳山、东海几家小工厂、辽宁锦州几家小厂、凯盛石英太湖公司等，但无法稳定批量供应。✓

尤尼明：公司为高纯石英砂行业长期的全球行业龙头，坐拥美国Spruce

Pine地区优质的花岗质伟晶岩矿床，下游广泛应用于半导体、光伏领域，曾控制全球约90%的石英砂市场。✓

挪威