光伏产业链原料三种不同石英砂介绍

石英是一种架状结构氧化物矿物，具有硬度高、化学性能稳定、隔热性好等优点，石英因其高折射率而被广泛应用于光纤传输和光伏领域，同时，石英具有透光性，可制成石英玻璃，被称为“玻璃材料之冠”。

高纯度石英用于高科技领域，如生产半导体晶体硅，将其制成二氧化硅坩埚以容纳高温硅熔体。石英的优良性能及广泛应用使其在高科技发展的时代脱颖而出，石英资源既是光伏发电行业的关键基础性原材料之一，更是一种重要的战略性非金属矿资源。

光伏产业链中有三种不同的石英砂，他们分别是金属硅的原材料---硅石、拉棒环节石英坩埚的原材料---高纯石英砂、光伏玻璃原材料---超白石石英砂。今天那我们来看一下这三种光伏原料有何不同。

1.金属硅的原材料---硅石（SiO2≥99%）

硅石一般是指脉石英、石英岩、石英砂岩的总称。硅石通常大量用作建筑材料的主要原料，也是建材用于无机盐工业的重要原料。硅石一般指纯度较高的天然石英砂，也就是二氧化硅，在自然界中分布较广，储藏量很是可观，我国有大型优质矿产资源，硅石主要用于冶金工业用的酸性耐火砖。

图一 硅石

我国工信部发布的《中华人民共和国黑色冶金行业标准》对不同用途硅石的理化指标做出了规定，冶金用硅石中，生产工业硅的硅石中SiO2的质量分数下限为99%，而生产硅质合金的硅石则为97%；水泥用硅石、玻璃用硅石中SiO2的质量分数下限分别为80%和96%。

我国硅石资源丰富，分布广泛又相对集中。我国自然资源部发布的数据显示，2020年我国冶金用硅石、玻璃用硅石和水泥用硅石总储量为23.62亿吨，主要分布在江西、安徽、海南等省份，仅江西和安徽两省储量之和占比就达25%以上。

99硅石作为生产工业硅的重要原料，占工业硅成本13.2%，2020年冶金用硅石的国内总储量为2.45亿万吨，我国作为工业硅生产大国，对硅石需求较大，进口量也较大。2015-2021年我国硅石进口量远大于出口量，且呈快速增长趋势。2021年，我国进口硅石共419.56万吨，净进口硅石共296.09万吨。

2.石英坩埚的原材料---高纯石英砂（SiO2≥99.99%，杂质总含量小于25ppm）

高纯石英是由水晶、脉石英、花岗伟晶岩等矿石作为原料经提纯后的一种矿产品，是硅产业高端产品的物质基础，广泛应用于战略性新兴产业。

全球高纯石英原料矿床主要分布于巴西、美国、加拿大、挪威、澳大利亚、俄罗斯、中国等。据美国地质调查局统计数据，截至2019年底，全球高纯石英原料矿产资源约7300万t，其中，巴西是全球第一大资源量国，资源量为2111万t，矿石类型主要为天然水晶；美国是第二大资源量国，资源量为1822万t，矿石类型主要为花岗伟晶岩型石英。加拿大位列全球第三，资源量为1000万t，矿石类型主要为脉石英。

拉晶环节的石英坩埚是光伏领域高纯石英砂的主要制品，主要应用于支持高温条件下连续拉晶，是用来装放多晶硅原料的消耗型石英器件，目前占硅片成本1.2%，占硅片非硅成本的15%。石英坩埚一般是内外双层（或三层）结构，石英砂的纯度会直接影响硅棒拉晶质量，外层是高气泡密度的区域，称为气泡复合层，气泡复合层受热较均匀，保温效果较好；内层是一层 3-5mm的透明层，称为气泡空乏层，气泡空乏层的存在使坩埚与溶液接触区的气泡密度降低，从而改善单晶生长的成功率及晶棒品质。

图二 石英坩埚

随着光伏产业链的不断发展，对高纯石英砂的需求也日益见长，但是国外内层石英砂企业暂无扩产计划，在国内在没有找到合适内层砂矿源或合适的替代材料的情况下，高纯石英砂可能近两年会成为光伏产业链的卡脖子环节。

3.光伏玻璃原材料---超白石英砂（SiO2≥99.30%，Fe2O3≤60ppm）

光伏玻璃不同于普通玻璃，是由超白玻璃原片进行深加工制成。超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，也称低铁玻璃、高透明玻璃，具有自爆率低、颜色一致性、可见光透过率高、通透性好、紫外线透过率低等优点。

目前太阳能钢化玻璃应用最为广泛为低铁超白玻璃，低铁超白玻璃通常要求石英砂中主要元素SiO2≥99.30%，Fe2O3≤60ppm等，制作太阳能光伏玻璃所用石英资源多采用石英岩、石英砂岩、滨海石英砂等资源经选矿提纯获取。

图三 光伏超白玻璃vs普通玻璃

光伏玻璃生产需要含铁量较低的超白石英岩砂矿，占玻璃成本13%左右；国内优质低铁超白石英砂矿较为稀缺，集中分布在安徽凤阳、广东河源、湖南、广西和海南等地，行业存在一定的天然垄断性；以目前光伏玻璃龙头为例，信义光能和福莱特的生产基地集中在广西北海、安徽芜湖及凤阳等地，配套高质量的硅砂矿，原材料质量稳定且成本低廉，有利于提高成品稳定性降低生产成本。