焦麗香

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100）

高純石英最初是以一、二級天然水晶為原料，再經(jīng)精選提純加工而成。我國水晶資源相對資源匱乏，脈石英和花崗巖石英是替代天然水晶、加工高純石英中高端產(chǎn)品的理想原料。由于脈石英巖中SiO2含量一般大于99%(2N)，而且與天然水晶相比，其資源儲量相對比較豐富，所以成為研究的重點。例如韓憲景[2]以SiO2含量為99.6%的脈石英為原料，提純加工3N高純石英砂(40～70目，70～140目)；張凌燕等[3]介紹了以三種巖性特征各異的脈石英巖為原料，經(jīng)浮選、酸處理制取3N高純石英微粉的可能性；劉理根等[4]以SiO2含量為99.76%的脈石英為原料，提純加工粒度為80～140目的4N高純石英粉；張明等[5]公開了一種以SiO2含量為99.0%～99.6%的脈石英為原料，提純加工粒度為800～2 500目的3N～4N高純石英粉的方法。

脈石英是加工提純高純石英的原料之一，高純石英的產(chǎn)品質(zhì)量要求SiO2含量99.9%(3N)～99.999 9%(6N)，F(xiàn)e2O3＜0.001%；它具有獨特的物理、化學(xué)特性，特別是內(nèi)在的晶體結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格變化規(guī)律使其具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、耐腐蝕、抗磨、壓電效應(yīng)、諧振效應(yīng)以及其獨特的光學(xué)特性。

1 我國脈石英資源現(xiàn)狀

我國脈石英資源包括玻璃用脈石英、水泥配料用脈石英、冶金用脈石英。由于冶金用脈石英礦是作溶劑用、鐵合金硅鐵的優(yōu)質(zhì)原料；脈石英硬度大，一般不勘查用以作水泥硅質(zhì)校正原料[6]。本文重點研究SiO2含量較高的水晶、玻璃用脈石英。

(1) 玻璃用脈石英：截至2017年底，玻璃用脈石英查明資源量9 204.39萬t，其中基礎(chǔ)儲量2 038.52萬t，資源量為7 165.87萬t[7]。但其中能夠提純高純石英高端產(chǎn)品的比例極低。我國玻璃用脈石英礦主要分布于江西、四川、安徽、新疆、黑龍江、陜西、浙江等地的變質(zhì)巖區(qū)(圖1)。玻璃用脈石英以中小型為主，其中大型礦僅1處，中型礦12處，小型礦184處。中小型礦區(qū)數(shù)占99.49%，保有資源儲量占84.52%。2008～2017年玻璃用脈石英資源儲量總體呈增長態(tài)勢。我國脈石英礦品位較高的代表性礦床，湖北省蘄春縣靈虬山脈石英礦(SiO2含量為99.35%)，江蘇省東海縣水晶礦區(qū)(石英脈)(SiO2含量為99.19%)，安徽旌德縣版書鄉(xiāng)龍川脈石英礦(SiO2含量為99.01%)。

圖1 2017年全國玻璃用脈石英資源分布

(2) 水晶：我國水晶類資源儲量僅0.69萬t，2008～2017年，我國水晶資源儲量變化較小，基本在0.73萬t左右，2017年水晶類資源量下降較多，為0.69萬t。我國水晶資源主要分布在四川、廣西、貴州、黑龍江等地區(qū)(圖2)。

圖2 2017年全國水晶資源分布

(3) 高純石英資源：我國玻璃用脈石英資源礦產(chǎn)地品位在98.8%及以上(可提純高純石英)的礦產(chǎn)地僅有25處，保有資源儲量709.9萬t，平均品位99.07%。礦產(chǎn)地數(shù)量僅占我國脈石英礦產(chǎn)地的12.69%，保有資源儲量僅占我國總保有資源儲量的7.81%，由此可以看出我國可提純高純石英的玻璃用脈石英資源非常緊缺。

2 我國脈石英資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

據(jù)《全國礦產(chǎn)資源儲量數(shù)據(jù)庫》[7]統(tǒng)計，我國玻璃用脈石英礦地質(zhì)工作程度一般，已有探明儲量195處礦產(chǎn)地中，勘探83處(占42%)，詳查30處(占15%)，普查82處(占42%)。目前，我國玻璃用脈石英礦近半數(shù)規(guī)模極小，大型礦極少。我國玻璃用脈石英百萬噸以上的礦床19處，其中大型礦僅有1處。

玻璃用脈石英礦開發(fā)利用程度較低，礦產(chǎn)地195處，僅有95處礦區(qū)開采，占總礦區(qū)數(shù)的48.22%；近期計劃利用與推薦近期利用66處，占總礦區(qū)數(shù)的33.45%；停采礦區(qū)19處，占總礦區(qū)數(shù)的9.64%；閉坑礦區(qū)、基建區(qū)和未利用礦區(qū)占總礦區(qū)數(shù)的8.13%(圖3)[7]。開采礦區(qū)礦石保有資源儲量3 434.4萬t，占總保有資源儲量的37.88%；停采礦區(qū)礦石保有資源儲量464.7萬t，占總保有資源儲量的5.11%。近期計劃利用與推薦近期礦區(qū)礦石保有資源儲量4 088.8萬t，占總保有資源儲量的45.00%(圖4)[7]。

圖3 玻璃用脈石英礦開發(fā)利用占比

圖4 玻璃用脈石英礦保有資源儲量開發(fā)利用占比

3 脈石英國內(nèi)外需求結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

3.1 世界脈石英需求結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

脈石英用途廣泛，但因其SiO2的含量比較高，通常以脈石英、石英巖為原料加工生產(chǎn)高純石英中高端產(chǎn)品，主要用于生產(chǎn)石英玻璃。據(jù)石英專業(yè)委員會和石英行業(yè)協(xié)會報告，全球石英玻璃消費中，2015年全球石英玻璃市場規(guī)模超過200億元，半導(dǎo)體市場規(guī)模占整個石英市場60%，光纖行業(yè)占比約20%，太陽能占比約6%，光學(xué)、電光源分別占比約7%(圖5)。

圖5 全球石英玻璃應(yīng)用領(lǐng)域占比

3.2 我國脈石英需求結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

我國脈石英主要用于提純高純石英砂。高純石英砂一般是指SiO2含量高于99.99%的石英粉，是石英玻璃和石英坩堝的主要原料，其下游應(yīng)用的領(lǐng)域主要分為三大塊：光源照明、光伏行業(yè)、半導(dǎo)體及光纖制造。國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)起步較晚，根據(jù)我國半導(dǎo)體協(xié)會統(tǒng)計，目前我國90%的芯片依賴進口，且半導(dǎo)體設(shè)備自給程度不足5%，對應(yīng)石英材料的國產(chǎn)化比例也極低。根據(jù)石英股份招股說明書，2012年國內(nèi)石英玻璃市場規(guī)模53.16億元，從需求結(jié)構(gòu)來看，集成電路及分離元件占比23%(包含LED砷化鎵、光伏領(lǐng)域的前端器件)、光纖及軍工占比7.5%、硅單晶石英坩堝占比35%(主要是光伏)、電光源占比21%、其他類產(chǎn)品占14.5%。整體來看，由于國內(nèi)石英制品需求結(jié)構(gòu)集中在電光源、光伏等中低端領(lǐng)域，半導(dǎo)體石英材料的國產(chǎn)化擁有巨大空間。隨著我國特種玻璃、信息技術(shù)等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高純石英原料的需求年增長率約為20%。脈石英作為高端石英制品的重要原料需求量將會增長。

4 我國高純石英進出口現(xiàn)狀

4.1 貿(mào)易規(guī)模情況

高純石英是生產(chǎn)單晶硅、多晶硅、石英玻璃、光纖、太陽能電池、集成電路基板等高性能材料的主要原料，其主要特征是對SiO2純度要求極高，幾乎不允許鐵、鈦、鉻、鋯、鋰、鉀、鈉等雜質(zhì)及包裹體的存在。目前，對于高純石英產(chǎn)品還沒有統(tǒng)一的國家標準，行業(yè)內(nèi)通常將SiO2含量≥99.99%的歸為高純石英[8]。

根據(jù)海關(guān)數(shù)據(jù)[9]及UN Comtrade統(tǒng)計數(shù)據(jù)[10]，2010～2017年，從進口量方面來看，我國高純石英年總進口量一直大于總出口量。2017年我國石英類產(chǎn)品進口總量為132.92萬t，出口石英類產(chǎn)品87.32萬t。2017年1～12月我國高純石英進口量達15.89萬t，占石英類產(chǎn)品總進口量的12%，與上年同期相比增長了11.04%，高純石英進口量占石英類產(chǎn)品總進口量的12%；總出口量僅0.75萬t，占石英類產(chǎn)品總出口量的1%(圖6、圖7)[9]。

圖6 石英類產(chǎn)品進口結(jié)構(gòu)

圖7 石英類產(chǎn)品出口結(jié)構(gòu)

2010～2017年，我國高純石英進口總額一直高于出口總額(圖8、圖9)[9-10]。

圖8 2010～2017年我國高純石英進口量及增速

2017年我國高純石英的主要進口國為德國、美國、韓國、馬來西亞和其他亞洲地區(qū)，占我國總進口量的97.52%(圖10)[10]。

圖9 2010～2017年高純石英進出口總額趨勢圖

圖10 高純石英主要進口國家和地區(qū)

4.2 石英類產(chǎn)品貿(mào)易價格對比

據(jù)中國海關(guān)數(shù)據(jù)[9]，2011～2017年我國高純石英進出口年平均單價不低于15 000美元/t。2017年進口價格16 144.79美元/t(圖11)[9]。2011～2015年我國高純石英進口年平均單價明顯高于出口單價。硅砂及石英砂、石英、石英巖的進口年平均單價明顯高于同類產(chǎn)品的出口單價，其中2011～2017年我國硅砂及石英砂出口年平均單價在9～30美元/t、石英出口年平均單價都在70～160美元/t(圖12)[9]。2017年我國硅砂及石英砂進口平均單價為49.35美元/t。出口平均單價為9.20美元/t，進口單價為出口單價的5倍之多。2017年石英巖進口平均單價為318.51美元/t，出口單價為33.74美元/t，進口單價為出口單價10倍左右。

圖11 2011～2017年我國高純石英進出口年平均單價對比圖

4.3 趨勢分析

圖12 2011～2017年我國石英類產(chǎn)品進出口年平均單價對比圖

通過我國石英類產(chǎn)品進出口總額趨勢圖和價格對比圖，我們可以看到，進出口總額方面，2011～2017年我國高純石英進口總額一直高于出口總額，石英類高端產(chǎn)品進口主要來自德國、美國、韓國，出口產(chǎn)品以中低端產(chǎn)品為主。2011～2015年我國高純石英進口單價一直高于出口單價。目前，國內(nèi)高純石英主要礦物原料有變質(zhì)脈石英、偉晶花崗巖、石英巖和石英砂巖等。但在石英礦物種類中，玻璃用脈石英品質(zhì)最佳，其顏色是純白色，油脂光澤，純度極高，礦物組成基本上是石英，其SiO2含量達到了99%以上。國內(nèi)高端石英產(chǎn)品無法滿足國民需求，因此我國應(yīng)加快脈石英原料評價與提純技術(shù)研發(fā)。

5 結(jié)論

(1) 我國玻璃用脈石英資源量較少，資源開發(fā)原則失衡，開發(fā)利用程度較低，礦床規(guī)模以中小礦為主。建議加強玻璃用脈石英的勘查工作。

(2) 從我國石英類產(chǎn)品進出口貿(mào)易看，我國高純石英對外依存度高，供應(yīng)風(fēng)險大。我國應(yīng)加快玻璃用脈石英原料評價與提純技術(shù)研發(fā)。