高纯石英：好砂难求，行业景气持续向上

行业报告| 行业专题研究 证券研究报告 2023年04月05日 建筑材料 高纯石英：好砂难求，行业景气持续向上 作者： 分析师鲍荣富SAC执业证书编号：S1110520120003 联系人熊可为 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 行业评级：强于大市（维持评级）上次评级：强于大市 高纯石英砂的定义：3N以上（99.9%）即为高纯石英，用在光伏级坩埚内层则需要4N8及以上。此外，用于光伏坩埚的原材料对于Al、Na、K、Ca均有一定的要求。 光伏级产品：目前全球能够批量供应高等级太阳能及半导体用高纯石英砂的企业较少，光伏用石英坩埚用石英砂分为内、中、外层（正常使用比例分别是4:3:3），其中内层主要用美国矿砂，中层主要用印度矿砂等。高纯石英砂的制备目前以天然法为主，合成法量产线最快今年底投出（凯盛）。 行业供需格局：整体看23-24年高纯石英砂仍较为紧缺，尤其是内层砂。具体看，若以今年装机400GW测算，则需要高纯石英砂约10.7-13.2万吨（其中内层4.3-5.3万吨），整体供需缺口超1.9万吨。后续随着N型电池占比的大幅提升，有望进一步拉动石英坩埚需求。 供给端：22年海外两家共2.5万吨，石英股份2.5万吨。目前石英股份产能达5万吨/年，今年产能增量主要看石英股份。后续若价格持续上涨，不排除部分半导体级产能转做光伏（潜在供给增量）。同时，行业需求的持续高景气也倒逼我国企业进行全球“找矿”（周期较长）。短期看，据SMM，石英股份计划４月中旬进行减产，届时供应将有减少，高纯石英砂的价格继续拉涨概率较大。 石英砂价格攀升，带动坩埚涨价：国产高纯石英砂由去年年中的5万元/吨涨至23年3月的14万元/吨，由于海外长单多数被锁定，国内Unimin高纯石英砂的代理商为北京雅博，目前国内进口高纯石英砂为边际定价，且更为紧缺，涨幅较国产砂更大。石英坩埚在硅片的成本中占比较小，价格敏感性相对硅料更低，因此我们认为装机高景气预期下后续涨价空间仍存。坩埚层面，目前行业32及36寸石英坩埚分别达到1.3、1.8万元/只（为石英股份21FY坩埚整体均价的6倍以上）。 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明2 资料来源：wind，各公司公告，光伏见闻，财联社公众号，SMM光伏视界公众号，天风证券研究所（注：PE为wind一致预期，截至2023/04/04，欧晶毛利率为石英坩埚板块，菲利华毛利率为石英玻璃材料） 3 投资建议：从光伏整个产业链看，石英砂为今年最为紧缺环节，后续价格仍然看涨。材料端，推荐凯盛科技（合成石英，与电子组联合覆盖），建议关注石英股份（电新组覆盖）、江瀚新材、中旗新材等。坩埚层面，在上游优质原材料紧缺背景下，持续看好长单锁定海外优质砂企业，可关注欧晶科技。 风险提示：下游需求不及预期、海外企业扩产超预期、合成石英进展超预期 表：主要上市公司情况梳理 公司 产能 22FY 远期产能 毛利率 原材料 技术 市值 估值PE 23E 24E 欧晶科技 9.5万只 15.56万只 38% 石英股份、美国 178 36 26 石英股份 4.6万吨 10.63万吨 56.69%（砂）27% 印度、巴西、美国 天然 481 14 9 （坩埚） 菲利华 2900吨 2.29万吨 56% 天然+合成 219 30 22 凯盛科技 5000吨 - - 合成+天然 119 56 37 江瀚新材 2000吨 - - 合成法 129 13 10 中旗新材 50万吨 - 广西罗城 天然 39 23 17 1-高纯石英砂的界定及应用 4 资料来源：《高纯石英原料特征和矿床成因研究现状综述》王云月等，《全球高纯石英资源现状、生产、消费及贸易格局》郝文俊等，《石英矿物资源的提纯及在战略性新兴产业中的应用技术分析》欧阳静，矽比科（北美）公司，粉体技术网，天风证券研究所 5 高纯石英砂：“三五”个九 高纯石英指SiO2纯度较高（纯度一般99.9%）、杂质元素含量极低的石英及其产品，是硅产业高端产品的物质基础，性能上看，高纯石英砂具有极好的化学稳定性、高绝缘耐压能力和极低的体膨胀系数，被广泛应用于新一代信息技术、新材料产业、节能环保产业等战略性新兴产业。 行业通常采用N来代表石英砂中SiO2的纯度，例如含量90%以上即为1N，99%以上即为2N，99.9%以上即为3N，以此类推。3N以上即为高纯石英，3N及4N产品均已实现国产化，其中99.998%以上的4N8产品代表石英砂最高等级，主要应用于半导体制造等高端领域。 纵观全球，生产高纯石英砂的企业不多，国内实现规模化生产的企业更是屈指可数。美国尤尼明（Unimin）在全球高端 （4N8及以上）石英砂市场一家独大，对高纯石英砂的价格拥有主导权，其生产的高纯石英产品纯度被全球公认为高纯石英砂的标准（含有20ppm的标准杂质）。 表：高纯石英产品分类和技术现状 分类 按SiO2含量 按杂质元素总量 应用领域 技术现状 低端产品 ≥99.9%(3N) ≤1000ppm 光源 国产化 中端产品 ≥99.99%(4N) ≤100ppm 高端光学器件、激光器件 国产化 高端产品 ≥99.998%(4N8) ≤20ppm 光纤通信、光伏、半导体、微电子 从美国、挪威、日本等进口 注：杂质含量指Al、B、Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、Fe、Mn、Cu、Cr、Ni等痕量杂质元素总量 表：矽比科（尤尼明）高纯石英系列产品标准（单位：SiO2，%；其他，ppm） SiO2 Al B Ca Cr Cu Fe K Li Mg Mn Na Ni IOTASTD >99.998 16.2 0.08 0.4 <0.05 0.40 0.23 0.6 0.9 <0.05 <0.05 0.9 <0.05 IOTA4 >99.999 8 0.04 0.6 <0.05 0.60 0.3 0.35 0.15 <0.05 <0.05 0.9 <0.05 IOTA6 >99.9991 8 0.04 0.6 <0.05 0.60 0.15 0.07 0.15 <0.05 <0.05 0.08 <0.05 IOTA8 >99.9992 7 <0.04 0.5 <0.02 0.50 <0.15 <0.04 <0.02 <0.02 <0.02 0.03 <0.05 左图：将杂质元素总量低于50μg/g的石英定义为高纯石英材料（有天然法和合成法两种），天然法生产下，规模在10万吨以上的矿床生产高纯石英有经济性。右图进一步对石英中不同元素进行了的更严格的界定，此界定方案不仅适用于天然石英，还适用于加工后的石英产品。 进一步，高纯度石英的定义很大程度上取决于其最终应用。太阳能硅市场，主要杂质在于硼和磷的含量；石英玻璃市场，例如灯管，要求石英原材料Al浓度低于2x10^-5，用于单晶硅生产的坩埚制造商（半导体中使用的材料）需要≤17ppm的最高纯度水平，用于光伏电池制造的坩埚生产商的纯度标准为≤20ppm。 价格方面，产品的价格与纯度关联紧密,低端产品二氧化硅含量为99.5%~99.99%(2N~4N),价格在600~800元/吨。中端产品的纯度在99.995%~9.999%(4N~5N)，产品价格约为30000元/吨，而高端的5N以上的高纯石英砂价格在60000元/吨，且市场供不应求。 30 10 8 5 8 5 3 2 1 注：红色为每种元素的上限，单位：μg/g 资料来源：《高纯石英的研究进展及发展趋势》杨晓勇，天风证券研究所 6 图：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量 图：石英元素范围(灰色)和平均值及IOTA标准石英和高纯石英推荐元素含量上限 资料来源：Silicaone官网，天风证券研究所，注：HP5的SiO2纯度为99.995%以此类推 7 产业链上游主要包括石英砂、石英材料（天然法)，中游主要为各规格及型号不同的石英制品，行业下游主要对接半导体、 光伏、电光源、航空航天等应用领域。 表面填料 HP5填料 石英岩 破碎石英块 石英粉 高纯度石英块 环氧模塑化合物 高纯度石英砂 HP5砂 卤素石英灯 LCD基板 半导体/太阳能坩埚 石英器皿 药用玻璃 半导体 太阳能电池 特殊玻璃 HP5+砂 HP7/9+砂 HPQM过程和产品下游用途/产品 资料来源：粉体技术网公众号，2023石英大会公众号，《高纯石英的研究进展及发展趋势》杨晓勇，中国电子材料网， 菲利华官网，腾辉石英材料官网，天风证券研究所 8 高端产品主要应用与半导体及光伏 光伏和半导体领域需求近年快速增长，但纯度等级在4N5（SiO2=99.995%）以上的高端产品产能较少（主要用于制造石英坩埚、石英管、石英棒、石英舟和石英锭）。其中，石英坩埚内涂层对高纯石英砂纯度要求更高，纯度等级需要达到4N8（SiO2=99.998%），而石英坩埚外涂层、石英管、石英棒、石英舟和石英锭等产品则需达到4N5。 半导体级产品主要由国外厂商垄断，光伏级产品已有国产替代。贺利氏、迈图、信越石英等占据了中国大部分光纤半导体应用市场，光纤芯棒以及套管的制造原材料主要由尤尼明垄断。截至2021年的数据显示，在光伏石英坩埚领域，凭借着价格优势，我国企业已占据绝大部分的市场份额；在半导体石英坩埚领域，伴随着国外半导体产业逐渐转移至国内，以及国内半导体硅片厂商的蓬勃发展，作为其重要配套原辅料供应行业，石英坩埚制造领域获得了较快的发展，产品正逐渐实现进口替代。 表：半导体及光伏领域主要高纯石英制品 高纯石英制品 主要应用领域 主要应用 高纯石英等级 石英坩埚 半导体、光伏 在半导体、光伏行业用于生产硅晶体的容器 ≥4N5，石英坩埚内涂层>4N8 石英管 半导体、冶金、化工电光源、通讯等 光学方面可以用于制作石英玻璃，作为火箭喷咀，还可以作为宇宙飞船的防热罩和观察窗 ≥4N5 石英棒 半导体、光伏、新型电光源 光纤预制棒沉积及光纤拉制用石英支撑材料，半导体、太阳能行业用石英舟架材料 ≥4N5 石英舟、石英锭 半导体、光伏 在半导体中主要是扩散、氧化等工艺；在光伏中主要为耗材 ≥4N5 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砂为现在的主流方法。 高纯石英砂生产与矿源的品质密切相关，技术难点在于杂质的去除。高纯石英砂过去主要由水晶进行加工提纯，但考虑到水晶稀缺性及价格昂贵，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砂。 具体工艺看，整个提纯过程可概括为预处理、物理处理和化学处理三个过程，具体为采用破碎、磨矿、筛分、磁选、酸洗、氯化焙烧等多种选矿方法。但是，考虑到技术水平及工艺差异，不同企业产品品质存在较大差异。 图：天然法制备高纯石英砂流程 ＜10nm的 破碎 原矿破碎洗矿手选 球磨/ 筛分 矿泥劣质矿 高纯石英砂 化学处理 浮选 磁选 （云母、长石、铁矿石等）（各类铁矿、 黑云母） 资料来源：《石英矿物资源的提纯及在战略性新兴产业中的应用技术分析》欧阳静等，《全球高纯石英资源现状、生 产、消费及贸易格局》郝文俊等，天风证券研究所 9 杂质磁性杂质 由于从高纯石英原料矿提纯生产高纯石英受到矿藏储量和纯度的限制，化学合成法制备高纯石英虽然目前成本较高，但仍逐渐受到国内外的重视。按照制备方法，化学合成法主要分为沉淀法、溶胶-凝胶法、气相法、四氯化硅水解法等，其中化学沉淀法是合成石英粉体较为广泛的方法之一，目前技术已经成熟，已用于工业化生产；四氯化硅水解法的原料多晶硅副产物SiCl4丰富且价格低廉，发展潜力较大。 目前凯盛科技、江瀚新材均有合成法高纯石英砂的在建产能。 表：高纯石英合成的四种主要方法 方