生產高純石英砂需要同時具備較高的礦石質量和先進的生產設備及工藝。目前,全球能夠規?;慨a供應高純度石英砂企業包括美國尤尼明Unimin、挪威TQC、石英股份等。
1、美國尤尼明和挪威TQC
美國尤尼明和挪威TQC具備高純石英砂供給能力主要源自其礦源,兩家公司共同開采Spruce Pine石英礦,該礦床位于阿巴拉契亞山系的藍嶺構造區,分布在斯普魯斯派恩深成巖系的花崗偉晶巖帶中,為白崗巖型高純石英礦,由泥盆紀3.8億年前花崗質巖漿侵入前寒武紀Ashe組的云母和角閃石片麻巖、片巖中緩慢結晶而成礦。
礦石的主要造巖礦物為斜長石、鉀長石、石英、白云母,幾乎不含鎂鐵質礦物,石英的雜質元素含量極低。
尤尼明公司自1970年起即在該礦區采礦,所擁有的礦區原料中鋁含量較高,能夠增強坩堝的粘度,同時堿金屬元素含量較低,微氣泡含量比脈石英含量低,石英砂一致性也較好,因此公司能生產出更高純度的石英IOTA-4/6/8,并建立了超純石英的IOTA標準,一度壟斷了世界高純石英砂市場。
挪威TQC跟尤尼明開采同一個礦區,公司通過高溫氯化等提純技術,氣液包裹體更少,同時氯化后的堿金屬更低,鋁含量卻不變,意味著石英砂的粘度更高,石英坩堝的強度更高,可以抑制微氣泡的生長。
但對于全球其他區域的脈石英礦而言,由于雜質含量存在差異,同時單體礦床規模小,對企業的提純技術提出更高的要求,企業需要積累不同的提純技術來應對品質不同的礦源。
同時,不同礦源的顆粒度和一致性差異較大,對坩堝的質量提出一定的挑戰,需要靠后期的提純技術來改善不同礦源的顆粒度及一致性差異。
另外,石英砂中的部分雜質含量或許可以通過酸洗、磁選等方式降低,但如果石英砂里面存在較多微小的晶體,則晶體之間交界處會存在不少雜質、包裹體,會增加提純的難度、成本。
另外,如果石英砂晶體里面天生存在一定的氣液包裹體,后期的提純技術較難去除這類型氣泡。
因此,石英礦資源的天生品質也較為關鍵。
如果礦源品質和提純技術無法同時滿足要求,那么生產出來的石英砂就會導致石英坩堝壽命下降50~100h,如果發生漏硅現象則會導致整個熱場系統受損,甚至導致生產事故。
2、石英股份
近年來,石英股份通過針對不同礦源的提純技術的積累進步,疊加匹配印度、巴西、南非、中國等各地合適的礦源,生產出滿足下游光伏企業要求的高純石英砂,該類產品具有超低堿金屬含量,可以實現不同鋁含量的化學品質,純度高,無色點,具有獨特的抗析晶能力和優良的耐高溫性能。公司也成為全球第三家規?;慨a的企業。
公司光伏高純砂產品鉀、鈣、鐵等雜質元素含量已明顯低于《光伏單晶硅生長用石英坩堝》所要求的標準;石英砂的鈣、銅、鎳等元素含量已降低至與尤尼明差不多水平,甚至部分產品雜質含量更低、質量更優。
綜合而言,滿足光伏坩堝使用的高純石英砂資源具備一定的稀缺性。
一方面,由于光伏拉單晶使用石英坩堝是因為它在高溫下機械強度高,且不污染硅液,而石英坩堝對高純石英砂的純度、氣液包裹體、粒度分布、一致性等方面要求較高,后期的提純工藝對石英砂中的氣液包裹體去除難度較大,雜質含量高會相應提高提純成本及提純難度,石英砂的不一致也會影響拉晶工藝的穩定性,因此光伏坩堝使用的高純石英砂門檻較高,需要同時滿足礦源品質及提純工藝方面的要求,供給端存在一定的稀缺性。
另一方面,中小企業受限于礦源的保障、提純工藝技術的積累、資金等因素,較難出現大規模的擴產現象,即使小規模擴產也較難在質量上滿足內層砂的要求,用在外層砂上的質量跟頭部企業也存在一定的質量差距。
另外,當前合成石英技術普遍成本較高,雖然純度較高,但鋁含量較低,導致合成石英做成的坩堝熔點較低,從而合成石英較難替代天然石英砂的成本低、熔點高等優勢,即使技術快速進步,當前合成石英產能規模也較小。
從作為中環股份旗下坩堝核心供應商的歐晶科技來說,近三年來高純石英砂采購主要來自于北京雅博(進口砂)及石英股份,其他企業的采購量只有200噸左右,占自身采購額的5%左右,一方面說明行業中小企業產銷規模普遍偏小,另一方面說明中小企業的產品質量跟頭部企業存在一定差距,并未獲得下游頭部企業認可,也較難應用在內層砂領域。
資料來源:遠瞻智庫

|