全球高纯石英资源现状、生产、消费及贸易格局

郝文俊，冯书文，詹建华，张 徐，李光惠

(中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队，安徽 合肥 230031)

石英的工业应用十分广泛，是重要的工业矿物之一。天然石英矿物资源的加工提纯主要有天然水晶、石英砂岩、石英岩、脉石英、粉石英、天然石英砂和花岗岩石英七种矿床工业类型[1]。石英的工业应用与高纯石英SiO2纯度有着密切关系，天然水晶、石英岩、脉石英等经过精选和加工提纯而成的SiO2含量≥99.9%的高纯石英砂，是石英附加值最高应用领域。其中，SiO2含量≥99.99%的高纯石英是制备高端石英制品的原料，是硅产业高端产品的物质基础[2]，为半导体、光伏、电子信息和电光源等生产必不可少的关键基础材料。随着全球新技术、新材料的快速发展，其需求量将持续增长。

1 全球高纯石英资源概况

高纯石英一般都是以一、二级天然水晶为原料[3]，但由于储量很小，开采技术条件差，以及开采资源逐步枯竭等原因，后期通过改进技术，以脉石英和花岗岩石英替代天然水晶为原料，制备高纯石英成为一种趋势[4-5]。20 世纪80 ～90 年代，美、日、德等少数发达国家采用脉石英、花岗岩石英加工高纯石英，如日本和美国采用花岗岩石英，俄罗斯和德国用脉石英和变质石英岩加工高纯石英[6-7]，全球能够加工成高纯石英原料资源分布较少，且不均匀。巴西是世界水晶主要产出国，水晶资源总量有1 556万t，占全世界的90%；次之为马达加斯加和危地马拉。加拿大、俄罗斯、美国、挪威、澳大利亚、法国、意大利、印度、土耳其、缅甸等30 多个国家和地区有少量资源。脉石英矿床世界各地均有分布，差异不大。

2014 年以来，全球能够加工成SiO2含量≥99.9%高纯石英砂的资源量呈减少趋势(图1)，随着战略性新兴产业快速发展，其需求量持续增长，使全球高纯石英原料资源量持续减少。2014 年全球能够加工成高纯石英原料资源储量10 354 万t，截止2019 年底，减少至7 287 万t，减少率达到29.62%。

按照能够加工成SiO2含量≥99.9%高纯石英砂的资源统计，巴西是全球第一大资源量国，2019年资源量为2 111 万t，在全球中占比28.97%，矿石类型主要为天然水晶。美国是第二大资源量国，2014 年资源量为2 563 万t，2019 年资源量为1 822万t，减少741 万，在全球中仍占比25.0%，矿石类型主要为花岗岩石英，分布在北卡罗来纳州Spruce Pine 地区。加拿大位列全球第三，2019 年资源量为1 000 万t，占比13.72%，矿石类型主要为脉石英，主要分布在魁北克省东南部约翰比兹湾(Johan Beetz Bay)的海岸带。我国的脉石英和水晶2019 年资源量为685 万t，其中水晶资源量仅为0.69 万t[8]。挪威、俄罗斯和印度的脉石英资源，马达加斯加的水晶资源在全球占一定比例。

图1 2012 ～2019 年高纯石英原料资源储量情况

2 全球高纯石英生产情况

高纯石英的制备方法主要有3 大类，分别为天然水晶粉磨加工、石英矿物深度提纯及用含硅化合物化学合成。由于天然水晶资源逐渐枯竭，而化学合成法缺点较多，难以大规模工业应用，以脉石英、石英岩和石英砂岩等石英矿物替代水晶生产高纯石英是未来的主要研究方向[9]，其中脉石英相对石英岩、石英砂岩成分单一，SiO2含量较高，是制备高纯石英的重要原料[10]。石英矿物深度提纯主要是除去其中少量或微量杂质，获得高纯石英，常用擦洗、重选、磁选、浮选、酸浸、高温氯化等选矿工艺[11]。

据联合国统计司数据，2012 年以来SiO2含量≥99.9%高纯石英砂生产整体呈上升趋势。2012 年生产量74.85 万t(图2)，2019 年增长到123.62 万t，增长幅度65.16%。中国生产量由6.72 万t，增长到23.7 万t，增长率251.11%。

全球生产SiO2含量≥99.9%高纯石英砂的国家主要有美国、中国、挪威、加拿大、俄罗斯、巴西等国。2019 年美国产量65.52 万t，占比全球产量的53.00%，中国产量23.7 万t，占比全球产量的19.17%。目前，全球的产能173.14 万t/年，其中美国产能95.23 万t/年，中国产能27 万t/年(图3)。全球产品产能利用率71.40%，其中美国68.80%，中国87.77%。2019 年全球SiO2含量≥99.99%高纯石英42.58 万t，其中美国产量达36.24 万t，占比全球产量的85.1%；挪威产量3.79 万t，占比全球产量的19.17%；中国产量1.36 万t，占比全球产量的3.2%。

图2 2012 ～2019 年高纯石英砂产量情况

图3 2012 ～2019 年全球及主要国家高纯石英砂产能

3 全球高纯石英消费情况

3.1 消费结构

据世界半导体贸易统计(协会)WSTS、中国建筑材料科学研究总院、建筑材料工业技术情报研究所数据，2012 年全球消费高纯石英73.35 万t，其中半导体领域消费45.36 万t(61.84%)，光通讯领域消费8.79 万t(11.98%)，光伏领域消费6.67 万t(9.09%)、电光源领域消费2.92 万t(3.98%)、其他领域消费9.61 万t(13.10%)，用于半导体、光伏、光通讯、电光源等战略性新兴产业领域约占消费量的87%。2019 年全球消费高纯石英121.44 万t，其中用于电光源领域消费4.74 万t(3.90%)、半导体领域消费79.30 万t (65.30%)，光伏领域消费14.52 万t(11.93%)，光通讯领域消费17.97 万t(14.80%)，其他领域消费4.91 万t(4.04%)，半导体、光伏、光通讯、电光源等战略性新兴产业领域约占消费量的96%。

2012 ～2019 年，全球高纯石英消耗量逐年增加，用于半导体、光通讯、光伏、电光源领域消费量逐年增加，用于其他领域消费逐年减少(图4)。

图4 2012 ～2019 年全球高纯石英分领域消费变化

我国是高纯石英消费大国，中低端产品能够自给，少量出口，高端产品依赖进口[4]。2012 年我国为主要消费高纯石英国家，其中电光源领域消费占8.42%，半导体领域消费占46.56%，光伏领域消费占14.98%、光通讯领域消费占23.44%、其他领域消费占6.60%，其中半导体、光伏、光通讯、电光源等战略性新兴产业领域约占消费量的93.4%。

2019 年随着新兴产业的快速发展，我国对高纯石英的消费结构有所变化，其中电光源领域消费占5.73%，半导体领域领域消费占50.49%，光伏领域消费占17.15%，光通讯领域消费占23.02%、其他领域消费占3.62%，半导体、光伏、光通讯、电光源等战略性新兴产业领域约占消费量的96.38%。2012 ～2019 年中国高纯石英消费整体呈上涨趋势，新兴产业领域消费量增长2.98%，其中半导体、光伏领域消费增加较多，光通讯领域持平，电光源及其他领域消费相对减少(图5)。

图 5 2012 ～2019 年中国分领域消费量占比

3.2 市场消费格局

全球高纯石英消费主要在亚洲、北美、欧盟等地区，主要有中国、美国、德国、日本、韩国、英国、法国、荷兰等国家。目前基本形成了以美国、中国、挪威、加拿大、俄罗斯、巴西等国为主要供应方，以中国、美国、德国、日本、韩国、英国、法国、荷兰等国为主要需求方的供需格局，供需格局特征为供应方与需求方均较为集中，全球主要国家高纯石英消费需求差异较大。

2012 年以来，全球高纯石英消费稳定增长(图6)，亚洲消费量由2012 年31.37 万t 增长到2019年的62.53 万t，2019 年在全球高纯石英消费中占51.49%；北美消费量由2012 年24.54 万t 增长到2019 年的35.82 万t，2019 年在全球高纯石英消费中占29.5%；欧盟消费量由2012 年12.28 万t 增长到2019 年的18.8 万t，2019 年在全球高纯石英消费中占16.47%；其他国家消费量由2012 年5.16 万t增长到2016年的9.34万t，2019年消费量减少至4.29万t，呈先增加后减少的趋势，2019 年在全球高纯石英消费中占3.53%。

图 6 2012 ～2019 年主要地区高纯石英消费变化

4 全球高纯石英贸易格局

全球约43 个国家和地区出口高纯石英，主要出口国为德国、韩国、美国、马来西亚、日本、挪威等国；66 个国家和地区进口高纯石英，主要进口国和地区为中国、日本、马来西亚、韩国、德国、捷克等。德国、美国拥有资源或先进的高纯石英加工技术，出口高附加值的高纯石英精加工制品，形成以德国、美国、韩国、日本、马来西亚、挪威等国为主要出口国，中国、日本、韩国、新加坡、美国、德国、马来西亚等为主要进口国的贸易格局。

4.1 进口情况

2019 年全球高纯石英进口量20.54 万t，其中中国进口量为14.45 万t(图7)，是全球第一大高纯石英进口国，占全球进口总量的70.35%。中国从德国进口5.27 万t，占总进口量的36.47%；从其他国进口9.18 万t，占总进口量的63.53%，主要包括：韩国4.89 万t、马来西亚2.13 万t、美国0.59 万t、日本0.46 万t。

日本是全球第二大高纯石英进口国，2019 年高纯石英进口量为1.84 万t，占全球进口总量的8.96%。主要进口于美国(0.91 万t)，占总进口量的49.29%；从其他国家进口0.93 万t，占总进口量的50.71%，主要包括：亚洲其他地区0.32万t、德国0.26万t、韩国0.11 万t。

2019 年其他国家进口量：马来西亚0.79 万t、韩国0.72 万t、德国0.62 万t、捷克0.39 万t、西班牙0.26 万t、新加坡0.20 万t、挪威0.19 万t。

美国、新加坡高纯石英进口价较高，最高为美国高达69 634 美元/t，新加坡64 196 美元/t。中国进口价中等偏低，为8 740 美元/t，捷克、西班牙进口价较低，分别为3 710美元/t、1 734美元/t(图8)。

图8 2019 年主要国家高纯石英进口价

2017 ～2019 年，中国高纯石英进口数量变化不大，但成交额逐年缩减，成交价格减小(表1)。

表1 2017 ～2019 年中国高纯石英进口情况

4.2 出口情况

2019 年 全 球 高 纯 石 英 出 口 量19.98 万t，其中德国出口量6.37 万t(图9)，约占全球总出口量31.88%，是全球第一大高纯石英出口国，其出口金额达8.38 亿美元。主要出口到中国(5.27 万t)、其他亚洲国家(0.45 万t)、日本(0.26 万t)、韩国(0.15 万t)、新加坡(0.15 万t)、意大利(0.09 万t)、瑞士(0.05 万t)、俄罗斯(0.05 万t)、美国(0.03万t)等国家。

图9 2019 年主要国家高纯石英出口量

韩国是全球第二大高纯石英出口国，2019年出口高纯石英5.49 万t，约占全球总出口量27.48%，出口金额为4.99 亿美元。主要出口到中国(4.89万t)、其他亚洲国家(0.19万t)、日本(0.11万t)、中国香港(0.05 万t)、马来西亚(0.04 万t)等国家和地区。

全球第三大高纯石英出口国为美国，2019 年高纯石英出口3.79 万t，出口金额为8.02 亿美元。主要出口到日本(0.91 万t)、韩国(0.71 万t)、中国(0.59万t)、德国(0.57 万t)、越南(0.36 万t)、其他亚洲国家(0.30 万t)、挪威(0.10 万t)、中国香港(0.08万t)、马来西亚(0.07 万t)等国家。

高纯石英产品出口单价相差悬殊(图10)，其中美国、日本、韩国、德国等国主要出口高纯石英深加工产品，出口单价较高。日本29 114.95 美元/t、美国21 163.88 美元/t、瑞士20 944.84 美元/t、新加坡19 285.51 美元/t、德国13 159.38 美元/t、韩国9 093.04 美元/t、马来西亚8 305.55 美元/t、挪威7 459.39 美元/t。意大利高达59 821.09 美元/t，可能是矿石特性使然，出口量少。而中国及中国香港、西班牙等以出口高纯石英初级产品为主，出口单价分别为：中国7 216.37 美元/t、中国香港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，中国高纯石英出口量减小，成交额大幅缩减，成交价格变化大(表2)。

图10 2019 年主要国家高纯石英出口价

表2 2017 ～2019 年中国高纯石英出口情况

5 结论

(1) 全球能够加工高纯石英资源分布较少，且不均匀广泛。随着高纯石英消耗量不断增加，保有储量不断减少。

(2) 全球形成以中国、美国、德国、日本、韩国、英国、法国、荷兰等高新技术产业快速发展发达及发展中国家，为高纯石英消费国，主要用于半导体、光伏、光通讯、电光源等战略性新兴产业领域，随着5G 时代的来临，将给相关产业带来一轮新的大增长，也将推动高纯石英行业的加速发展。

(3) 全球高纯石英形成以德国、韩国、美国、马来西亚、日本、挪威等国为主要供应方，以中国、日本、马来西亚、韩国、德国、捷克等国为主要需求方的供需格局，随着战略性新兴产业的快速发展，将会使全球高纯石英供需格局发生一定的变化。

(4) 制备高纯石英主要通过化学合成、天然水晶加工及石英矿物深度提纯，但由于化学合成、天然水晶加工的制备受原料、成本、产量等方面的制约，难以大规模工业应用，因此，脉石英等作为制备高纯石英的矿源及其加工提纯技术是未来重点研究方向。