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石英砂问答

国内石英砂市场行情分析(供需平衡偏紧,砂源渐显稀缺)

发布时间:2023-03-07  人气: 89

1. 石英砂:从基础原材料到战略级资源

石英砂又称硅砂,是由天然水晶、石英矿物加工而成或化学合成的二氧化硅材料。 石英制品具有硬度大、膨胀系数低等特点,在耐高温性、耐腐蚀性、透光性、化 学稳定性、电绝缘性等方面表现良好,广泛应用于铸造、建材、电光源、光纤、 光伏、半导体等领域。

石英砂的性能随纯度提升可明显改善,故纯度是区分石英砂品质的主要参数,也 是决定石英砂用途的主要依据。石英砂尚无统一的划分标准,依据纯度大致可分 为硅石、普通石英砂、精制石英砂和高纯石英砂。不同纯度的石英砂在耐高温、 耐腐蚀、透光等方面存在差异,故应用场景也有明显区分,从基础的硅酸盐建材 原料到精密仪器制造均有涉及。此外,硬度、粒径、色彩等也是石英砂重要的参 数指标。

石英砂居于产业链上游,是石英产品的主要流通环节。石英产业链可细分为石英 原材、石英砂、石英材料、石英制品等环节。石英原材以脉石英矿、伟晶岩矿等 矿石为主,资源属性较强。经提纯制备而成的石英砂便于深度加工、易于区分品 质,是石英产品的主要流通环节,具备大宗商品属性。纯度较高的石英砂将制成 玻璃管棒、纤维等石英材料,并流入不同下游,深加工为石英支架、石英泡壳等 制品,最终应用于光纤、光源等行业;而低纯度石英砂则作为原材料或增强材料 应用于玻璃、陶瓷、耐材等建材行业。

我国石英砂市场分化明显。(1)普通石英砂、精制石英砂市场基本成熟,产销、 价格相对稳定。因下游涉及铸造、建材、化工等众多领域,且原材与工艺壁垒较 低,故产销体量庞大;据中国粉体网,2021 年我国普通石英砂、精制石英砂消费 量分别为 5192 万吨、4169 万吨,截止 2022 年底市场主流价格分别为 330 元/吨, 450 元/吨。(2)高纯石英砂是重要的战略资源,对矿石品质和提纯工艺要求严格, 目前我国仅实现 4N 级以下石英砂的稳定供给,高端品依赖进口,产销与价格波动 明显;据中国粉体网,2021 年我国高纯石英砂消费量约 100 万吨,单吨价格依据 产品纯度、粒径由数千元至十余万元不等。

2. 普通石英砂:铸造与建材领域基础材料

2.1. 供给能力充足,需求主导产销

供给端,普通石英砂以天然石英矿石为原料,经破碎、水洗、烘干、筛选等工序 制成,行业壁垒较低,产能充足。一方面,我国石英资源储量丰富,截止 2020 年 已探明石英矿资源储量 39.1 亿吨,分布于约 150 处矿产地;另一方面,普通砂制 作工艺门槛较低,我国具备普通砂量产能力的企业众多,据中国粉体网,截止 2021 年底,我国石英砂行业企业约 1580 家。

需求端,普通石英砂下游集中于建筑建材和铸件铸造板块。 (1)铸件铸造用砂:石英砂是铸件生产过程中主要的造型材料。天然的石英矿 石经水洗、擦洗、高温晶相处理等工序可制备水洗砂、擦洗砂、相变砂等铸造 用砂,后深加工为砂型、砂芯,进而参与铸件制造。铸造砂对纯度要求不高, 但砂粒形状对砂型、砂芯的流动性、透气性和强度具有影响,是重要的评判指 标。 (2)硅酸盐建材用砂:石英砂是陶瓷、耐火材料、玻璃等硅酸盐类建材的原材 料。据相关标准,陶瓷、耐材、玻璃(一级品)对石英砂纯度的要求分别在 90%、97.5%、98.5%以上,并对铁、铝等金属元素的纯度作出要求。 (3)建筑板材用砂:石英是制作板材的优良材料。石英板材由石英砂经树脂、 色料添加剂等粘结固化制成,凭借耐磨、耐热、耐腐蚀的特点广泛应用于建筑 装饰领域。石英板材对石英砂的硬度、色彩、含水量等有所要求,多采用杂色 颗粒较少的白砂。

建筑建材板块是普通砂主要下游,产能充足的背景下将由地产链主导市场产销。 依据长江材料招股书与相关文献研究,我们测算 2021 年中国铸件铸造用砂约 1998 万吨,占普通砂比重约 38%;剩余普通砂主要流入建筑建材领域,占比 62%。

核心测算假设: (1)我国铸件约 70%采用砂型铸造工艺; (2)每生产 1 吨合格铸件,需要约 1.3 吨铸造用砂; (3)2018~2020 年铸造用砂的新砂投料比参考长江材料招股书。

2.2. 需求长期增速趋缓,普通砂增长中枢或稳中有降

地产板块短期景气承压,2022 年普通砂需求走弱。2020 年下半年以来,三道红线、 贷款集中度、预售资金相关政策陆续出台,“房住不炒”背景下房地产行业去杠杆 快速推进,土拍、融资、需求等方面受到冲击,房企资金周转困难,债务违约与 停贷潮事件接连爆发,叠加疫情反复,购房者信心与房企信用跌落谷底。2022 年, 地产链投资端、销售端同比数据全面转负,地产板块景气承压,带动地产链后端 建筑建材需求走弱,认为 2022 年普通石英砂需求对应收缩。 随政策回暖,2023 年地产板块有望触底反弹。2021 年 9 月以来,“因城施策”、 LPR 调降、保交付等举措陆续出台,地产行业政策环境有所回暖,并从需求端向 融资端蔓延,2022 年下半年,信贷支持、债务增信、股权融资放松三箭齐发,为房企周转和行业整合提供渠道和便利。向后展望,随政策陆续落地,行业逐步出 清,2023 年房地产市场需求有望逐步回暖,带动建筑建材板块触底反弹,认为 2023~2024 年普通砂产量增速将在低基数基础上有所回升。

我国城镇化进程迈入深水区,地产链长期增速趋缓。向更远期预测,“房住不炒” 基调下,居住需求将是地产市场主要支撑。一方面,随着我国城镇化率趋近 65%, 城镇化进程逐步迈入深水区,城镇化居住需求增速放缓;另一方面,改善性需求 与城市更新需求增长弹性较小;判断住房市场将逐步转向存量经营时代,新房长 期增速趋缓。

测算普通砂产量增速稳中有降,2022~2025CAGR+3%。核心测算假设: (1)受地产周期影响,建筑建材用砂短期触底反弹,长期增长放缓; (2)铸件应用广泛,市场平稳增长,用砂需求参考铸件产量近五年复合增速。

3. 精制石英砂:光伏玻璃产能爆发,贡献精制砂主要增量

3.1. 低铁石英砂为光伏玻璃主要原材料

精制石英砂市场供需与普通砂类似。精制砂需求集中于光伏玻璃、耐材、陶瓷等 硅酸盐建材领域,且制备工艺技术壁垒较低,矿产资源丰富,供给能力充足。 2021 年,我国精制石英砂产量 4169 万吨,同比增长 6%。向后展望,随下游地产 周期波动,精制砂市场增速或逐步放缓。而光伏玻璃行业受益光伏行业高景气, 所需原材——低铁石英砂或将逆势持续高增,贡献精制砂市场主要增量。

光伏玻璃是光伏组件生产环节的重要辅材。光伏电池常年处于露天的工作环境中, 为应对水汽腐蚀氧化、昼夜温差变化等恶劣气候挑战,电池片外多被 EVA 胶片密 封在封装面板与背板之间。用作封装面板或背板的光伏玻璃经钢化、镀膜处理后, 具有较高的硬度和光线透过率,能够起到保护电池并确保透光的作用,是光伏组 件封装环节的重要辅材。据恒州诚思,2022 年光伏玻璃在光伏组件成本结构中占 比约 6.6%。

光伏玻璃主要选用超白压延玻璃品种。玻璃强度和透光率将直接决定组件的使用 寿命和发电效率(据福莱特招股书,透光率每提升 1%,组件功率可对应提升约 0.8%),所以光伏玻璃对光线透过率、吸收率、反射率,抗冲击性,耐腐蚀性等要 求较高,据相关标准,光伏玻璃的透射比应≥91.5%(3.2mm 光伏玻璃),明显高 于普通玻璃(约 88~89%)。而超白玻璃(超白压延或超白浮法)在性能上较为契 合,其中,超白压延玻璃通过正面绒面处理和反面压延处理可显著减少光反射、 可显著增强光线透过率;在组件呈角度安装的场景中,综合光透射比较超白浮法 玻璃高约 3%~4%,是晶硅电池面板玻璃的主流品种。但超白玻璃产线在工艺配方、 窑池结构、产品质量等方面较传统玻璃要求更为严苛,普通玻璃产线转产光伏玻 璃难度较大,超白压延玻璃以新建产能居多。 超白玻璃需求纯度更高的低铁石英砂。铁元素含量是决定玻璃透光率的关键要素, 普通玻璃由于含铁量较高,往往呈现绿色,透光率较低;光伏玻璃以高透光率、 高透明度为特征,对铁元素含量要求严格。石英砂是光伏玻璃的主要原材料,其 铁元素含量将直接决定光伏玻璃的品质。据相关标准,光伏玻璃用低铁石英砂的 三氧化二铁含量要求不高于 60ug/g,远低于平板玻璃用石英砂。

3.2. 需求旺盛+政策放松,光伏玻璃迅速扩产

2022 年,光伏玻璃产能规模增长迅速。据卓创资讯,截止 2022 年末,我国超白压 延玻璃在产产能已经达到 75880t/d,较 2021 年末增长 34620t/d,同比增长 83.9%。 此轮扩产周期的开启归因于需求增长高预期、产能置换政策放松等因素。

光伏玻璃需求旺盛。据工信部,2022 年我国超白压延玻璃产量约 1606 万吨,同比 增长 53.6%。原因在于: (1)受益组件装机量持续增长。“双碳”政策环境下,我国光伏产业快速发展, 在全球市场占据领先地位。据 CPIA,2022 年我国光伏新增装机 87.4GW,同比 +59.3%;组件产量 GW288.7GW,同比+58.8%,其中出口 153.6GW,同比 +55.8%;进而带动光伏玻璃需求。向后展望,光伏、风电等新能源装机规模将 持续上升,逐步推动我国能源结构调整。

(2)双玻组件渗透趋势明显,带动单位组件的玻璃需求提升。双玻组件将光伏 玻璃同时用作面板和背板,较传统单玻组件(光伏玻璃仅用作面板)在耐磨、 耐腐蚀等方面具备优势,且能够充分利用背光,进而获得更高的光电转换效率 和更长的生命周期,受到主流组件厂商的认可,渗透趋势明显。2022 年,双玻 组件渗透率约 40.4%,较 2021 年提升约 3pct。我们以隆基绿能 Hi-MO5m-54 型 产品为例,并假设实际输出功率为最大功率的 80%,测算单玻、双玻(2.0mm、 2.5mm)组件对应单位 GW 耗用光伏玻璃约 4.71、5.88、7.35 万吨。

测算 2023 年我国光伏玻璃产量约 2128 万吨,同比+32%。关键假设: (1)随光伏产业链新一轮降价,预期 2023 年下游需求依然旺盛;判断全球光伏 装机 20223~2025 年增速为 30%、15%、10%; (2)双玻组件依托发电增益、寿命延长等优点持续渗透,2023~2025 年渗透率 为 45%、50%、55%,其中 2.5mm 双玻组件作为过渡性产品于 2023 年退场; (3)2021、2022 年分别选取隆基股份 Hi-MO5-72 型、Hi-MO5m-54 型组件测算 单 GW 组件的光伏玻璃耗量; (4)我国光伏玻璃占全球份额持续提升。

产能置换政策放松,光伏玻璃增产潜力充分释放。2021 年 8 月,工信部正式实施 《水泥玻璃行业产能置换实施办法(修订版)》。《实施办法》一方面收紧浮法玻璃 产能置换政策,为避免“僵尸产能”复活,规定连续停产两年及以上的玻璃生产 线不能用于产能置换,并要求跨省置换项目召开听证会;另一方面为光伏玻璃项 目松绑,对于“新上光伏压延玻璃项目”不再要求产能置换,光伏玻璃产能增长 潜力充分释放。

行业高景气叠加政策边际放松,传统浮法玻璃企业入局竞争,致光伏玻璃行业产 能爆发。《实施办法》在压制浮法玻璃产能项目的同时,为光伏玻璃项目投建扫清 障碍,叠加光伏玻璃行业高景气,一方面刺激光伏玻璃厂商大举扩产,另一方面 也推动旗滨集团、南玻等传统浮法玻璃企业入局光伏玻璃,对竞争格局产生明显 冲击。据卓创资讯,南玻、旗滨集团 2022 年新点火超白压延玻璃产能约 6000t/d、 1200t/d,截止 2022 年末,在建超白压延玻璃产能约 4800t/d、8400t/d。 向后展望,光伏玻璃产能规模 2023 年将继续增长。

原因在于: (1)需求端:2022 年光伏玻璃库存与价格维稳,市场需求能够较好得消化已有 产能。截止 2022 年底,光伏玻璃重点省份(安徽、浙江、河北、江苏、河南) 合计库存约 44.5 万吨,同比-39.7%,并未出现明显累库;且 2022 年光伏玻璃价 格走势较为平稳,全年价格居于 25~28.5 元/平方米之间(以天津信义 3.2mm 镀 膜玻璃为例),判断下游需求尚能较好得消化市场供给。

(2)供给端,大量烤窑、在建产线有待释放,光伏玻璃行业仍处于扩产周期。 2022 年快速投产的背景下,目前仍有大量在建项目有待投产。据卓创资讯,截 止 2022 年底,国内处于烤窑状态的产能约 4950t/d,预计将于 2023 年点火的在 建产能约 84200t/d(vs. 在产产能 75880t/d),行业仍处于扩产周期。随烤窑与在 建产能陆续释放,供给能力将进一步强化,判断 2023 年行业将逐步达成供需平 衡。

工信部开展产能预警,抬高立项门槛以保障供需格局长期稳定。随拟建项目快速 累积、在建项目陆续投产,光伏玻璃行业面临竞争加剧、产能过剩的风险。为防 止市场供需格局恶化,2022 年 11 月工信部等发文提出“开展光伏压延玻璃产能预 警,指导项目合理布局”,以保障市场的供需匹配和健康发展。判断后续项目审批 将更加严格,利好具备技术优势的研发型企业和存量产能规模庞大的龙头。

3.3. 低铁砂稀缺性逐渐显现,或成未来关键竞争要素

低铁砂是光伏玻璃的主要原材料,充分受益行业扩产。据福莱特公司公告,低铁 石英砂占光伏玻璃生产成本的比重约为 12%(2021 年)。若假设光伏玻璃原片生产 良率 85%;我们测算福莱特 2021 年每生产 1 吨玻璃原片消耗石英砂约 0.67 吨。

测算低铁砂需求 2022~2025 年 CAGR+19%。我们认为光伏玻璃产量将在 2023 年 充分覆盖需求甚至略有溢出,后在产能预警和听证会制度的矫正下逐步与需求匹配。测算光伏玻璃产量 2023~2025 年约 2364 万吨、2739 万吨、3005 万吨。进一步 假设深加工良率 90%、福莱特石英砂投料比为行业平均水平,测算 2023 年低铁石 英砂需求量约 1863 万吨,2022~2025CAGR+19%。

低铁石英砂稀缺性逐渐显现,2022 年采购价维持高位。由于对铁含量要求严苛, 我国便于开采的低铁石英矿较少,集中分布于安徽凤阳、广西北海等地。随光伏 玻璃需求增长,低铁砂的稀缺性逐渐显现。据凤阳硅基指数,2021 年 8 月《实施 办法》执行以来,凤阳地区低铁石英砂价格指数维持高位。

玻璃厂商竞相布局石英砂矿。参考福莱特 2012 年收购凤阳某矿区采矿权前后的采 购价差异,低铁砂价格高企背景下,控股石英砂矿的经济效益较为可观,2022 年 光伏玻璃厂商竞相布局上游石英砂矿开采、提纯环节。如行业龙头福莱特 2022 年 先后收购、竞拍三处石英岩采矿权,合计投资 62 亿元,新增 240 万吨/年石英矿石 供给能力(暂不计算在建产能),对应光伏玻璃日熔量约 6000t/d,覆盖公司在产产 能的 34%,扩产后将具备 28866t/d 的保供能力(vs.福莱特在产 17400t/d+在建 10400t/d)。此外,旗滨、安彩、南玻等玻璃厂商同样在布局相关业务。 低铁石英岩矿资源或将成为光伏玻璃厂商新的竞争要素。短期来看,企业投资石 英砂矿项目能够规避择时采购带来的成本上升风险,甚至是原材短缺限制生产的 风险。长期来看,光伏玻璃标品化程度较高,各企业产品质量与价格差异不大,成本控制是企业的核心竞争力;随着光伏玻璃产能投放趋于饱和,行业供需的周 期性波动成为常态,低铁石英岩矿资源或将成为企业重要的竞争要素。

4. 高纯石英砂:光伏需求旺盛,砂源渐显稀缺

4.1. 原材稀缺+技术壁垒,高纯砂面临进口依赖

高纯石英砂一般指 SiO2 纯度≥99.5%的粉状石英产品。极低的杂质含量使高纯石 英呈现出优越的理化性能,被广泛应用于半导体、光伏、电光源、光缆、光学仪 器等高端制造业;但同时也对石英岩矿品质与提纯工艺提出了较高要求。 矿物提纯法是高纯石英砂的主流制造方法。高纯石英砂拥有天然水晶加工、石英 岩矿物提纯和化学技术合成三大工艺路线。其中,天然水晶加工工艺相对简单, 是高纯石英砂早期主要的制造方法,但由于原材料价格高昂、储量有限(截止 2018 年,我国已查明水晶类资源储量仅 0.7 万吨),无法实现工业量产;20 世纪 70 年代以来,矿物提纯工艺逐渐发展成熟,是目前主流的制备技术;而化学合成法 成本高昂,但并不依赖石英矿资源,或为石英砂行业未来发展方向。

矿物提纯法对提纯工艺和原矿质量要求甚高。一方面,高纯石英砂所需要的优质 石英矿石相对稀缺。石英矿石中杂质的存在形式与含量决定了后期的提纯工艺, 也间接决定了石英砂的纯度上限。一般认为,能够加工提纯至 3N 级以上石英砂的 高纯石英矿需达到 98.8%的 SiO2 纯度,截止 2019 年,全球范围内查明的高纯石英 矿在 7287 万吨左右,主要分布于巴西、北美等地,美国 Spruce Pine 白岗岩石英矿 更是凭借矿体规模大、流体杂质少、品质稳定等优点成为高端石英砂主要出产地; 我国资源储量约 685 万吨,占比仅 9.4%(vs.我国产量占比 19.2%;vs.消费量占比 31.3%),且均为中小型矿区,优质矿石资源相对稀缺。

另一方面,高纯石英砂提纯工艺复杂,具备较高的技术壁垒。在高纯石英砂制备 过程中,企业需根据原矿品位、杂质成分、应用特点等设计提纯流程,如 Na、K、 Li 等碱金属与石英制品热稳定性密切相关,而 Cr、Cu、Fe 等过渡金属元素将显著 影响石英制品的导电性。4N 级以上高纯砂制备工艺目前仅掌握在美国矽比科(尤 尼明)、挪威 TQC、中国石英股份等少数公司手中,技术壁垒极高。

我国已基本实现 4N 级石英砂的国产化,但高端品供给能力有所欠缺。美国矽比科 (尤尼明)和挪威 TQC 占据着品质极高的 Spruce Pine 石英矿,并掌握有最为先进 的提纯工艺,基本垄断了石英砂高端市场;矽比科的 IOTA-STANDARD 级石英砂 更是全球公认的高纯砂标杆。我国目前已经实现 4N 级以下石英砂的稳定供应,但 仅有石英股份能够达到 IOTA-STANDARD 水准,且产品质量较矽比科、TQC 等存 在差距。据联合国统计司,2019 年我国 3N 级以上石英砂产量 23.7 万吨,占比 19.2%;4N 级以上石英砂产量仅 1.36 万吨,占比 3.2%。

随下游半导体、光伏等产业发展,我国已经成为高纯石英砂主要消费国,进口依 赖度甚高。高纯砂依纯度流入不同下游,其中,光纤用砂要求纯度 4N5 级,电光 源用砂要求纯度 4N3~4N7 级;光伏用砂要求纯度 4N~6N 级;半导体用砂对纯度要 求最高,需在 4N8 级以上,高端产品纯度可达 6N~7N 级。随下游光伏、光纤等产 业发展,高纯石英砂需求快速扩张。据海关总署、联合国商品贸易署,2019 年, 我国 3N 级以上石英砂进口量 14.5 万吨。我们测算 2019 年中国 3N 级以上高纯砂 消费量约 38.0 万吨,占世界总需求比重达 31.3%,其中进口量约 14.5 万吨,是主 要的高纯砂消费国和进口国。

光伏行业为高纯石英砂主要增长点。据郝文俊《全球高纯石英资源现状、生产、 消费及贸易格局》,我国高纯石英砂下游主要集中在半导体(50%)、光通信 (23%)、光伏(17%)等领域,将充分受益光伏、光纤等产业较高的景气度。我 们对下游结构进行拆分测算,认为 2023 年我国 3N 级以上高纯砂需求量可达 57.4 万吨,同比增长 16.0%,2022~2025 年 CAGR+10.6%。其中,光伏级高纯砂弹性最 大,2022~2025 年 CAGR+25.1%,需求占比由 2019 年 17.2%增至 2025 年 44.9%。 测算假设: (1)光伏石英坩埚、光通信需求参考本文 4.2、4.4 节; (2)光伏行业其他石英砂参考全球光伏装机增速 30%、15%、10%; (3)电光源行业需求受 LED 冲击逐渐收缩,半导体行业需求受国际贸易政策波 动影响,假设半导体、电光源及其他行业需求总量维稳。

4.2. 光伏行业:需求确定性增长,供给阶段性短缺

4.2.1. 需求端:石英坩埚具备耗材属性,或随 N 型替代实现耗量提升

高纯石英砂制品是光伏产业重要原材料。高纯石英砂具有良好的耐高温性和热稳 定性,下游制品如石英坩埚、石英扩散管、石英承载器等是光伏领域重要的结构 材料。其中,石英坩埚为光伏级高纯石英砂的主要制品,用于制备硅片,是单晶 硅生长炉的组成部分。

光伏用砂对 K、Na、Li 等碱金属杂质要求严格,纯度在 4N 级以上。相关标准对 光伏用砂的纯度要求在 4N 级以上,对石英坩埚用砂的纯度要求更是达到了 4N8 级; 由于光伏坩埚处于高温的工作环境中,对碱金属杂质的要求已经接近 IOTASTANDARD 级水平。石英坩埚分为内外两层结构,外层气泡密度较高,被称之为 不透明层;内层为 3~5mm 厚的透明层,工作时将与高温硅液直接接触,故对高纯 砂纯度有更高要求。

石英坩埚是硅片制备环节的消耗性辅材,需求量与硅片产能深度绑定。原因在于: (1)石英坩埚难以支撑长时间高温工作。在晶硅拉制的高温环境下(温度约 1430℃ ~1500℃),一方面,坩埚内外表面的杂质离子局部集聚,可形成析晶,逐渐导致 坩埚破裂;另一方面,坩埚内层逐渐熔解,进而使坩埚内部的气泡破裂,气泡内 杂质会以微颗粒或微气泡的形式涌入硅液,直接影响成晶率、加工时间和晶硅质 量。(2)多次复投后硅液纯度会显著恶化。在多次拉晶多次复投的过程中,剩余 硅液的杂质浓度将逐渐上升,最终影响到晶硅生长。综合考虑坩埚耐高温能力和 硅片纯度要求,石英坩埚在数次拉晶后便会报废更换。

测算 2021 年 TCL 中环单 GW 硅片耗用石英砂 141 吨,同比持平,降势趋缓。(1) 随坩埚大型化发展,坩埚的石英砂耗量达 63.6 千克/只,同比增加 18.3 千克/只。 石英砂是石英坩埚主要原材料。据欧晶科技招股书我们测算,石英砂约占坩埚生 产成本的 62%,欧晶科技单只坩埚耗用石英砂约 63.6 千克(供给中环股份的部分)。 (2)随硅片环节工艺优化,单 GW 硅片耗用石英坩埚降至 2224 只,同比减少 898 只/GW。随硅片环节工艺优化与产品迭代,硅片功率密度、坩埚工作时长等性 能不断优化,坩埚耗量呈下降趋势。据中环股份产销数据,我们测算 2021 年中环 股份单 GW 硅片耗用石英坩埚 2224 只,同比减少 898 只/GW。

综合考虑石英坩埚大型化、N 型硅片占比提升等因素,预期单 GW 石英砂耗量后 续将逆势向上。 (1)硅片环节技术迭代:如硅片大型化可有效提升单位面积硅片的承载功率, 拉棒与切片工艺优化可提高硅片的生产效率;最终反应为每 GW 硅片对应单晶 炉设备台数下降。 (2)坩埚可拉晶时间延长:可降低石英坩埚的耗用频次。如欧晶科技供应中环 股份的石英坩埚已由 2018 年平均拉晶 140 小时提升至 2021 年平均拉晶 350 小时。 (3)坩埚大型化:一方面支撑硅片大型化,可提高单只坩埚对应的硅棒产能; 另一方面石英砂耗量也在提升。 (4)N 型硅片渗透趋势:据 CPIA 统计,2022 年我国 P 型 PERC 单晶硅片规模 化生产转化效率平均在 23.2%,同比提升 0.1pct,已近理论极限,提升空间有限; 而 TOPcon、HJT 等 N 型晶硅电池理论转化效率更高,生产工艺同 PERC 高度兼 容。未来随成本与良率改善,N 型硅片或将持续渗透。而 N 型硅片对硅液纯度 要求更高,将显著缩短石英坩埚工作时长,进而抬高石英坩埚耗量。

测算坩埚用砂需求 2023 年 9.3 万吨,2022~2025 年 CAGR+36%。其中,单 GW 硅 片的石英砂耗量由 2019 年 175 吨/GW 降至 2020 年 132 吨/GW 后逐渐回升至 2022 年 157.2 吨/GW,判断后续将继续上升。 关键假设: (1)随光伏产业链新一轮降价,预期 2023 年下游需求依然旺盛;判断全球光伏 装机 2023~2025 年增速为 30%、15%、10%; (2)单晶炉生产效率优化,2023~2025 年每 GW 硅片对应单晶炉 85/83/82 台; (3)N 型硅片渗透率 2023~2025 年达 30%/50%/60%; (4)石英坩埚可拉晶时长提升;石英砂单耗提升;坩埚中国产砂用量占比 2022 年迅速提升至 58%(外层基本使用国产砂),后续提升速度趋缓(能否替代内层 砂需跟踪国产砂纯度提升进程)。

4.2.2. 供给端:增产节奏偏慢致供求失衡,或打开国产替代时间窗口

高纯石英砂增产节奏相对滞后,供应量向上弹性有限。一方面,国内 4N 级以上石 英砂产能集中于石英股份。2021 年,石英股份高纯砂产量 24232 吨,产能利用率 达 121%;2022Q1,公司高纯石英砂产能 3 万吨。拆分产能结构:(1)原年产 1.2 万吨石英砂产线通过产线技改、流程优化、增加生产班次等措施已提升产能至 2 万 吨,后续增产潜力有限;(2)年产 2 万吨新产线于 2022 年 2 月试运行,但投产及 爬坡进度受疫情影响,预计 2022 年可贡献产能 1 万吨;(3)公司收购强邦石英用 于生产低端石英制品,约可腾挪出石英砂产能 0.6 万吨/年。(4)参考往年内外销 结构,预计 2022 年公司规划 1 万吨石英砂自用。综上预测,石英股份 2022 年外销 高纯砂约 2.6 万吨。另一方面,进口砂面临供给刚性。据国际太阳能光伏网,矽比 科(尤尼明)、TQC 短期未有扩产计划,预计供给量将保持在 2.3 万吨左右,后续 增长潜力多来自于技改增产。

测算 2023 年光伏级石英坩埚市场面临 1.2~1.7 万吨供给缺口,结构性供求失衡或 持续至 2024 年。通过拆分国产砂、进口砂供求情况,认为在国产砂用量占比缓慢 提升的条件下,2023 年光伏级石英坩埚市场将面临 1.2~1.7 万吨供给缺口,且进口 砂短缺的状况或将持续至 2024 年。

关键假设: (1)乐观估计:石英股份年产 2 万吨产线 2023 年满产;年产 6 万吨产线 2023Q3 投产,随产能爬坡 2023 年贡献产量 1.5 万吨;其他厂商、贸易商通过进 口、制备高纯砂贡献增量 0.1 万吨/年;矽比科、TQC 通过技改各增产 0.1 万吨/ 年。 (2)悲观估计:石英股份年产 2 万吨产线 2023 年满产;年产 6 万吨产线 2023Q4 投产,随产能爬坡 2023 年贡献产量 1 万吨。

市场供求平衡偏紧,一方面反应为高纯砂价格迅速上涨。据中国粉体网,光伏级 石英坩埚进口砂已由 2022 年 5 月 5.5 万元/吨上涨至 12 月 10 万元/吨,参考石英股 份采购数据,优质石英原矿价格同样呈上涨趋势。随光伏用砂价格高企,或逐渐 逼近半导体级石英砂价位,短期或将挤占半导体市场供应。另一方面反应为国产 砂使用比例明显提升。通过拆分欧晶科技用砂结构,国产砂占比已由 2019 年 0.76% 迅速提升至 2021 年 57.89%。2022 年供给紧缺背景下,坩埚制造商对国产砂的接 受度或将进一步提高;但若国产砂纯度未能精进,则国产砂用量提升需以石英坩 埚工作时长下降为代价。

向后展望:(1)供给短缺背景下,石英坩埚行业或出现明显分化。头部坩埚厂商 多与硅片厂商深度绑定,如欧晶科技、江阴龙源供应中环股份;江西中昱供应晶科能源、高晶太阳能等。头部坩埚企业拥有客户资源带来的稳定需求、信用背书 等优势,供给短缺背景下有望抢占石英砂资源。而订单稳定性稍差、资金实力较 弱的中小企业将面临石英砂短缺,或激进提高国产砂应用占比,或高价采购半导 体级石英砂,在产品质量与生产成本两端权衡取舍。进一步推演认为,头部坩埚 厂商有望把握供求失衡的窗口期,从资源优势向市场、成本、资金等全面铺开, 优化客户结构以提高市场化程度,与中小企业拉开差距。

(2)石英砂环节或成为光伏产业链供给短板,木桶效应下促进利润向硅片环节集 聚。2022 年底,硅料产能充分释放,价格出现明显回落,带动主产业链价格下降, 改善电池、组件等环节盈利能力,提高光伏电站经济性,进一步刺激下游需求增 长。2023 年初,下游需求改善的信号快速向上传导,硅片价格率先反弹,展现出 硅片环节极强的话语权。2022 年硅料环节为供给短板,价格维持高位,木桶效应 下产业链利润主要留存于硅料环节;随硅料产能补足,石英砂或成为光伏产业链 关键供给缺口,进一步强化硅片环节话语权,推动产业链利润重新分配并向硅片 环节集聚。

(3)供给缺口的修复在总量层面依赖于石英股份顺利释放产能。风险在于:由于 国内优质石英矿资源较少,石英股份主要通过长期框架协议采购巴西、非洲、印 度等地矿石,后续产能顺利扩张以优质石英矿石的稳定供应为前提。在结构层面 依赖于国产砂向石英坩埚内层使用场景渗透。风险在于:(1)国产砂纯度较进口 砂存在差距,需关注提纯工艺突破;(2)下游厂商对国产砂石英坩埚的接受度。

4.3. 半导体行业:进口量价波动,关注国产替代

高纯石英砂深度参与晶硅拉制和晶圆制造环节。高纯度石英制品拥有耐高温、抗 腐蚀、电绝缘性、化学稳定性等特点,满足晶圆承载容器要求,是半导体产业的 重要耗材,参与环节众多。 (1)拉晶环节:半导体级石英坩埚作为单晶硅生长炉组成部分参与晶硅拉制, 应用场景同光伏级石英坩埚类似,但纯度要求更高;石英导流筒用于硅液导流。 (2)晶圆制造环节:石英环用于晶圆刻蚀;石英扩散管、石英舟、石英支架等 用于晶圆扩散;石英基板用于掩膜制造。半导体用石英制品种类众多,其中, 石英基板、石英玻璃(含坩埚)与石英器材分别占半导体级石英制品市场的 30%、30%、40%。据石英股份,每生产 1 亿美元的电子信息产品,平均需消耗 50 万美元石英材料,价值量占比约 0.5%。

半导体产业石英制品要求纯度在 4N8 级以上。半导体行业是高纯石英砂需求最大 的下游,也是对石英砂纯度要求最高的应用领域。2019 年,我国高纯石英砂消费 量中半导体行业占比 50.49%。据相关标准,半导体级石英制品要求纯度均在 4N8 级以上,其中,石英管棒、普通晶圆要求 4N8 级以上,石英坩埚要求 4N9 级以上, 石英基板、高纯晶圆要求 5N8 级以上。

半导体级石英市场高度依赖进口。原因在于:(1)产业链前端具备高资源壁垒。 石英矿石环节,国内优质石英矿石储量小,企业以海外进口为主;石英砂环节, 矽比科、TQC 基本形成市场垄断,我国仅石英股份具备半导体级石英砂量产能力, 且仅用于自产石英管棒。(2)石英材料与制品环节具备高技术壁垒。由于石英制 品是制造半导体的关键耗材,对产品质量影响较大,所以石英厂商只有通过 TEL、 AMAT、LAM 等半导体设备商认证才可进入供应链系统,如全球通过 TEL 认证的 石英厂商目前仅 6 家,技术壁垒极高。据中国粉体网,贺利氏、迈图、东曹三大外 企合计市占率超 60%,国内厂商供应份额仅 10%,国产化潜力较大。

受国际贸易政策调整等因素影响,半导体级石英制品进口量价波动。一方面,中 美贸易战对高纯石英影响深远。石英材料是光伏、半导体、光纤等高新产业的基 础材料,国际间资源博弈具有战略意义。2018 年以来,美国政府针对进口自中国 的石英产品作出双反裁定,加征 10%~25%关税,并限制高纯石英出口,致我国高 纯石英进口量显著下跌。另一方面,光伏用砂供给紧缺,或抢占部分半导体级石 英砂供给份额,带动石英产品价格整体上行。据海关总署,我国 4N 级以上石英产 品进口量(推测以半导体用石英产品为主)于 2018~2019 年明显收缩,后逐步修 复,但进口量目前仍未恢复至 2017 年水平;且进口价上涨明显,已由 2021 年初 6.83 万元/吨升至 2022 年末 23.94 万元/吨。

石英行业进口量价起伏较大,倒逼国产化进程持续推进。向后展望,石英股份、 凯盛科技、菲利华等企业逐步向产业链前端延伸。(1)石英股份陆续取得 TEL 与 LAM 扩散、刻蚀环节产品认证,顺利进入主流半导体厂商供应体系,产能建设正 在快速跟进;2022 年 10 月,公司公告拟投建年产 15 万吨半导体级高纯石英砂项 目,计划于 2025 年投产。(2)凯盛科技在建有高纯二氧化硅项目,该产线采用化 学合成工艺,预期产品纯度可达 6N~7N 级,计划于 2023 年下半年建成投产。(3) 菲利华为保障公司供应链安全性,投建年产 2 万吨高纯石英砂产线,一期工程将于 2023 年实现投产,推测在建石英砂项目纯度或达半导体级。

4.4. 光纤行业:受益 5G 建设,产销再迎高峰

光纤光缆是构建现代化通信网络的基础。光纤光缆具有抗电磁波干扰、抗腐蚀等 优良性能,较传统铜质线缆在制造成本、传输速度、传输质量等方面具备优势, 是现代化通信网络的重要基础设施。

石英制品主要用于光纤预制棒制造和光纤拉丝环节,是光纤产业链的基础材料。 光纤产业链可细分为光纤预制棒、光纤、光缆及下游的光网络产品环节,其中, 石英靶棒、套管、厚壁管等石英制品参与光纤拉丝,且是制备光纤预制棒的基础 材料,处光纤产业链上游位置。

十四五时期,5G 网络与千兆光网建设将贡献光纤市场主要增量。2004~2012 年, 我国光纤光缆产业把握 3G 建设期基于迅速成长。2013~2018 年,光纤光缆产业处 4G 建设周期,2015 年产量增至 34947 万芯公里,后行业产量维持高位,逐渐步入 平台期。2019 年~2020 年,4G 建设基本完成,行业供给侧改革致产能迅速出清。 2020 年以来,多项政策出台助 5G 建设快速推进。《十四五规划和 2035 远景目标纲 要》提出,“要布局建设信息基础设施,加快 5G 网络规模化部署……推广升级千 兆光纤网络。”2021 年《政府工作报告》明确要求,“加大 5G 网络和千兆光网建设 力度”。十四五时期,5G、千兆光网等新型信息基础设施建设将快速推进,带动光 纤市场持续增长。

测算光纤用石英砂需求量 2023 年约 12.6 万吨,2022~2025 年 CAGR+8%。 核心假设: (1)光缆行业受益 5G 建设,产量持续增长; (2)石英砂单位耗量参考 2019 年水平,约 3.3 吨/万芯公里。

4.5. 电光源行业:下游需求收缩,应用场景向高价值量市场集中

金卤灯、HID 灯是石英泡壳主要应用场景。电光源产品依据发光原理可细分为热 辐射、气体放电和半导体三类;热辐射产品如白炽灯、金卤灯利用物体通电加热 至高温时辐射发光实现,气体放电产品如荧光灯、HID 灯利用气体通电发光实现, 半导体电产品如 LED 灯则利用固态半导体芯片作为发光材料。石英泡壳广泛应用 于热辐射光源产品和气体放电光源产品,而半导体光源产品则基于原理差异对石 英管不产生需求。 随 LED 占据普通照明市场主导地位,石英材料应用场景逐渐向特种光源集中。通 用照明市场在经历白炽灯、金卤灯、荧光灯、节能灯等技术迭代后,逐渐进入 LED 时代。LED 灯具采用半导体发光技术,较传统光源具有低功耗、高转换率、 无毒环保、寿命长等优点,在性能优势与相关政策的推动下,照明市场渗透率持 续提升,对应金卤灯、HID 灯等传统光源市场收缩,致电光源领域石英制品需求 收缩,应用场景逐渐向 UV 杀菌灯、半导体清洗灯、农用植物生长灯等特种光源市 场集中。

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