1、 1 1 行业及产业 行业研究/行业深度 证券研究报告 基础化工/ 非金属材料 2022 年 05 月 30 日 高科技领域关键耗材，国产替代进程加速 看好 专精特新行业深度系列报告之五：石英材料业技术篇 相关研究 证券分析师 刘靖 A0230512070005 联系人 刘靖 (8621)232978187461 本期投资提示： 高科技领域快速发展，海外龙头占据石英产业链主要份额，国产替代迫在眉睫，加速推进。石英玻璃材料的力学、热学、光学和化学性能优越，是半导体（65%）、光纤（14%）、光学（10%）、光伏（7%）、电光源（4%）以及航空航天等高科技领域关键耗材。海外龙头占据全产业链主要份额

2、，在我国“自主可控”政策驱动下，菲利华，石英股份，凯德石英，三孚股份等企业逐步完成技术突破，推动产业国产替代进程。 上游石英砂：石英砂具备高资源属性，矿源和提纯技术为竞争关键。高纯石英砂主要通过天然水晶提纯、矿物提纯以及化学合成制备，矿物提纯为当前主流制备工艺，矿石质量和晶格除杂是决定高纯石英砂品质的关键因素； 背靠优质矿源， 尤尼明和 TQC 掌握全球 81%的市场。石英股份 09 年突破技术壁垒，成为全球第三家高纯石英砂量产企业，我们测算中国光伏石英砂 22-24 年需求为 6.31/8.07/9.15 万吨，市场供给约 5.5/7.5/8.9 万吨，供给偏紧，未来三年仍有 0.81、0.

3、57、0.25 万吨缺口，景气度将持续。国内企业受益行业高增长，市占率有望持续提升。 中游石英玻璃：技术壁垒高企，内资龙头加速追赶。石英玻璃主要制备方法包括电熔法、气炼法以及化学合成，由于化学合成法成本高昂，电熔、气炼法为当前主流制备工艺。石英玻璃市场全球 CR5 约为 74%，主要由贺利氏、迈图、东曹、昆希等海外龙头企业占据。技术进步+半导体原厂认证推动内资龙头快速发展，菲利华、石英股份等内资企业已掌握先进生产技术，产品获三大关键半导体设备厂商认证，快速拓产，加速国产替代进程 下游石英制品：石英制品为高科技领域关键耗材，我国企业切入半导体高端领域。石英制品是尖端科技领域中的关键耗材，冷加工+

4、火加工是主要的制备方法，其中碱金属除杂，脱氢处理以及退火是决定产品质量的关键环节。高端产品技术壁垒高，海外企业占主导，凯德石英等内资龙头实现半导体高端制品研发生产，关键客户认证助力公司高端产品业务快速发展。石英纤维技术壁垒高，菲利华是我国唯一量产企业。棒拉丝法为石英纤维主要制备方式，避免热损伤工艺是技术制约关键，菲利华是我国唯一掌握该工艺企业，占据我国军工纤维 95%市场。光纤用四氯化硅精馏技术突破，国产替代提速。预制棒质量是光纤质量决定因素，占据光纤行业 70%的利润，主要原材料为高纯四氯化硅，占 30%以上的成本，19 年前 95%以上依赖进口，随着三孚股份等企业完成精馏技术突破，原材料逐

5、步实现自给，光纤光缆市场量价底部持续修复，行业内企业快速发展。 推荐关注石英产业链内资龙头厂商，以及完成技术突破、获得半导体原厂认证和快速扩产的企业。上游高纯石英砂中短期行业逻辑强，供给紧张，拥有产能企业受益；中游石英玻璃企业产品质量和下游原厂认证是竞争关键；下游石英制品企业高端产品研发和认证是业绩核心驱动力。推荐标的如下：石英股份：公司是国内唯一能够规模量产高纯石英砂企业，积极扩产推动业绩增长。菲利华：石英玻璃龙头企业，军用石英纤维唯一供应商；凯德石英：内资石英制品龙头，中高端半导体石英制品国产化开局人；三孚股份：公司突破高纯四氯化硅提纯技术，高端芯棒生产原材料实现进口替代 风险提示：石英材

6、料行业市场竞争加剧；原材料价格上涨；中美贸易竞争加剧，高端产品材料供应制约 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 2 2 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第2页 共39页 简单金融 成就梦想 投资案件 结论和投资分析意见 石英产业链是高新技术发展“卡脖子”环节之一，国产替代是行业主旋律。上游高纯石英砂未来三年仍将处于供需错配格局， 绑定优质矿石资源并具备量产能力的企业将成为中短期最大赢家，长期成本竞争和合成石英砂技术突破是行业竞争关键，技术领先并具备持续供应能力的企业将占据更高的市场份额； 中游高端石英玻璃生产技术和下游半导体设备原厂认证是关键，石英玻璃材料的纯度，

7、金属杂质含量和羟基含量直接影响下游行业的良品率，随着下游行业技术进步，如半导体制程提升，高端石英玻璃将是主要需求，具备高端石英材料生产能力并获得半导体核心设备厂商认证的企业将快速发展；下游石英制品将持续高端化，随着半导体晶圆尺寸和光伏硅片持续大型化，行业低端产品产能将持续出清，我们认为掌握高端石英制品制造技术的企业将具备先发优势，在行业发展中占据领先地位。 原因及逻辑 上游：高纯石英砂具备高资源属性，矿石质量是产品质量决定因素，短期来看，行业需求持续旺盛， 供给偏紧， 我们测算中国光伏石英砂 22-24 年需求为 6.31/8.07/9.15万吨，未来三年仍有 0.81、0.57、0.25 万

8、吨缺口，高纯石英砂 21 年以来价格持续高涨，绑定矿源资源并具备量产能力的公司受益于行业高景气，业绩将持续高增；长期来看合成石英砂纯度更高，杂质和羟基含量更低，行业向技术竞争转化，掌握合成石英砂技术并实现降本的企业将建立高技术壁垒。 中游：石英玻璃市场全球 CR5 约为 74%。主要由贺利氏、迈图、东曹、昆希等海外龙头企业占据，下游半导体原厂认证是行业准入条件，认证周期长、难度大，获得认证企业受益于下游行业发展，业绩稳步提升。随着下游行业技术进步，对石英玻璃材料要求标准更高，高端石英材料是未来主要需求。 下游：石英制品随下游行业产品尺寸提升，高端、高附加值产品将成为主流，短期高端产品将大幅提升

9、企业盈利能力，长期来看，行业低端产品产能将持续出清，掌握高端石英制品制造技术的企业将具备先发优势。 有别于大众的认识 市场对行业认知度不足。市场对于石英产业链认知不足，不认为行业是半导体、光伏等高科技领域“卡脖子”环节。我们认为石英玻璃产品广泛应用于半导体、光伏、光纤、电光源、军工等领域，是各领域关键耗材和原材料，制约下游行业产品生产，当前无可替代产品。 市场认为行业景气不会持续。市场认为高纯石英砂短期价格上涨不会延续，随着企业拓产，价格将会回归，景气下行。我们认为行业景气度将持续三年，当前高纯石英砂质量主要依靠矿源，国内企业矿石大部分为进口，能够持续生产的企业只有石英股份一家，主要应用于光伏

10、领域，其他小规模厂商由于矿石限制难以扩产，根据测算未来三年行业供给仍不足，随着下游行业高速增长，行业将维持高景气。 rQpQqRsRxPnQpNmPyRtRoPbRcMaQtRoOpNsQlOpPtOfQsRnMaQoOyRvPnMzRuOpMtO 3 3 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第3页 共39页 简单金融 成就梦想 1.石英玻璃高新技术领域关键原材料 . 6 1.1 石英玻璃材料及制品物化性质优越，应用领域广泛. 6 1.2 石英产业链集中度较高，海外企业占主导 . 8 2. 上游：高纯石英砂资源属性强，呈寡头竞争格局 . 9 2.1 高纯石英砂是上游原材料，产

11、品纯度决定其应用领域 . 9 2.2 矿物提纯是主流制备工艺，矿物质量和晶格除杂是关键 . 10 2.2 光伏石英砂需求旺盛，供给持续紧张，行业景气高企 . 13 2.4 海外企业高度垄断市场，我国企业快速崛起 . 14 3. 中游：石英玻璃技术壁垒高企，国内企业快速追赶 . 17 3.1 纯度和不同杂质含量决定石英玻璃材料应用领域 . 17 3.2 电熔和气炼法是主要制备工艺，CVD 法是未来发展方向 . 18 3.3 海外龙头占据市场主要份额，我国企业积极扩产加速替代 . 20 4. 下游：石英制品是科技领域关键耗材，内资龙头切入高端半导体领域 . 23 4.1 石英制品为尖端科技领域关键

12、耗材，不可替代 . 23 4.2 火加工看技工冷加工看设备，内资龙头切入高端市场 . 23 4.3 石英纤维技术壁垒高，菲利华是我国唯一可量产企业 . 26 4.4 光纤用四氯化硅精馏技术突破，国产替代提速 . 28 5. 推荐标的 . 30 5.1 石英股份：深耕高纯石英砂，发力半导体石英材料. 30 5.2 菲利华：军用石英纤维唯一供应商，石英玻璃材料专家 . 32 5.3 凯德石英：本土石英制品龙头，半导体国产化开局人 . 34 5.4 三孚股份：专注精细化工，高纯四氯化硅助力循环经济 . 36 6. 风险提示 . 38 目录 4 4 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明

13、 第4页 共39页 简单金融 成就梦想 图表目录 图 1：石英玻璃示意图 . 6 图 2：石英制品在各领域的作用 . 7 图 3：石英玻璃产业链 . 9 图 4：石英矿物提纯制备高纯石英砂的技术路线 . 11 图 5：合成石英砂制备工艺 . 12 图 6：2019 年全球高纯石英砂竞争格局（截至 2019 年 11 月 20 日） . 15 图 7：电熔法和气炼法工艺流程图 . 18 图 8：化学合成法工艺简述 . 18 图 9：高纯石英玻璃制备方法对比分析 . 19 图 10：2013 年全球石英材料市场格局（%） . 21 图 11：石英玻璃材料供应体系（以 LAM 为例） . 22 图

14、12：2019 年石英制品下游应用领域占比（%） . 23 图 13：火加工主要工艺流程 . 24 图 14：冷加工主要工艺流程 . 24 图 15：碱金属除杂和脱羟处理 . 24 图 16：石英纤维品生产流程图 . 27 图 17：光纤制造工艺流程 . 28 图 18：2016-2022E 全球光纤预制棒供需情况 . 29 图 19：2021 年全球光纤光缆市场份额分布 . 29 图 20：公司业务模式概览 . 30 图 21：2017-2021 年公司营收和归母（亿元） . 31 图 22：2017-2021 年公司毛利率、净利率和 ROE . 31 图 23：公司产品概览 . 32 图

15、24：2017-2021 年公司营收和归母（亿元） . 33 图 25：2017-2021 年公司毛利率、净利率和 ROE . 33 图 26：公司产业链结构图 . 34 图 27：2017-2021 年公司营收和归母（亿元） . 34 图 28：2017-2021 年公司毛利率、净利率和 ROE . 34 5 5 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第5页 共39页 简单金融 成就梦想 图 29：公司循环经济产业链示意图 . 36 图 30：2017-2021 年公司营收和归母（亿元） . 36 图 31：2017-2021 年公司毛利率、净利率和 ROE . 36 表 1

16、：石英砂按纯度划分及主要用途 . 9 表 2：石英玻璃原材料制备方法比较 . 10 表 3：22-25 年我国及全球光伏用高纯石英砂市场空间测算. 14 表 4：2021-2024E 国内供给情况预测（万吨） . 14 表 5：全球主要高纯石英砂企业对比 . 15 表 6：美国尤尼明公司高纯石英砂的分类标准及用途 . 16 表 7：高纯石英砂产品技术现状 . 16 表 8：2022-2025 年全球高纯石英砂企业产能及扩产情况 . 16 表 9：石英玻璃的分类、制备工艺、特性和用途 . 17 表 10：全球主要石英玻璃材料企业对比 . 21 表 11：石英股份、菲利华石英材料扩产计划 . 22

17、 表 12：国内主要石英制品厂商技术路线 . 25 表 13：石英纤维制品及应用领域 . 26 表 14：全球石英纤维量产公司 . 27 表 15：国内高纯四氯化硅供给情况概览（万吨/年） . 29 表 16：2018-2021H1 公司石英制品产量、销量和产能统计（单位：件） . 35 表 17：行业重点公司估值表 . 37 6 6 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第6页 共39页 简单金融 成就梦想 1.石英玻璃高新技术领域关键原材料 石英玻璃是应用日益广泛的高新技术材料。石英玻璃的成分为二氧化硅（SiO2），具有透光性高，耐温性好，膨胀系数低等优越的物化性质，因此被

18、广泛应用于半导体、光伏、光学、光纤和军工等高新技术领域。石英玻璃已成为近代科学技术和现代工业不可或缺的重要材料。新材料领域的专家们把石英玻璃称为“玻璃王”，无论从制造的高指标或工艺的复杂性，还是应用场合的技术难度来看，石英玻璃堪称玻璃材料的“皇冠”。 图 1：石英玻璃示意图 资料来源：蕴泽矿产，申万宏源研究 1.1 石英玻璃材料及制品物化性质优越，应用领域广泛 石英玻璃的力学、热学、光学和化学性能优越，在半导体、光学、光纤、光伏、电光源以及航空航天等领域应用广泛。石英玻璃是由二氧化硅单一组分构成的工业技术玻璃，由于二氧化硅为原子晶体， Si-O 间是共价键， 所以石英玻璃耐温性强且化学性质稳定

19、； Si-O间化学键能大且结构紧密，使得石英玻璃具有良好的机械性能，耐压力强；此外石英玻璃具有较小的密度，再加上石英玻璃的微观结构是由二氧化硅四面结构体结构单元组成的单纯网络，短程有序，长程无序，使得其光学性能优良且介电强度高。凭借优越的物化性质，石英玻璃广泛应用于包括半导体、光纤、光学、光伏、电光源以及航空航天等诸多高新技术领域。 1）半导体（占比约 65%）：石英制品是重要的半导体耗材，用于半导体加工全过程。石英玻璃内二氧化硅纯度高，化学性质稳定，不与除氢氟酸和磷酸外的任何酸反应，充分满足半导体制造过程中需要抗高温、变形性能强、不活泼的材料作为晶圆承载和清洗等容器的要求，被广泛运用于半导体

20、生产过程。此外，由于石英玻璃折射率低，耐温性强，能 7 7 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第7页 共39页 简单金融 成就梦想 够满足掩膜版对于基版材料光学透过率高，热膨胀率低的要求，是高精度玻璃掩膜版的重要材料。 2）光纤（占比约 14%）：石英玻璃材料是生产光纤预制棒和光纤拉丝过程中主要的消耗材料。石英玻璃的折射率极低，吸光系数小并且透光波段范围宽，而光纤作为以全内反射原理传输的光传导工具，对折射率有极高的要求，因此石英玻璃被大量应用于光纤制造，主要产品有预制棒、炉芯管、石英管等。 3）光学（占比约 10%）：石英玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。透明石英玻璃

21、的光学性能好，折射率低，可以满足 185-3500m波段范围内任意透光波段，因此既可以作为光学仪器的透紫外材料也可以作为透红外材料，主要产品为制造摄谱仪、红外照相机、棱镜以及透镜。同时，石英玻璃具有很强的热稳定性，数值在 8001000之间，光学石英玻璃还广泛应用于高空高温照相，比如：高温作业窥视窗口、高精度测距仪以及大型天文望远镜。 4）光伏（占比约 7%）：光伏领域生产加工环节中，石英玻璃制品为硬性耗材。石英玻璃所制造的石英坩埚凭借洁净、同质和耐高温的性能，一般作为熔融多晶硅料的盛装器具，用于后续拉制单晶硅棒/多晶硅锭的过程，是生产过程中的主要耗材。随着新能源产业的强劲发展，中国光伏产业规

22、模不断壮大，天然石英产品尤其是石英坩埚产品的市场需求不断扩大。 5）电光源（占比约 4%）：在电光源领域，石英玻璃电光源产品在家居、医疗、交通、娱乐等行业应用广泛。汽车照明用的氙灯，卫生消毒用的紫外线杀菌灯以及娱乐场所用的金属卤化物灯，都采用石英玻璃作为照明器具。 6）军工：在航空航天领域，石英玻璃制品为宇宙飞船和航天飞机的核心元件。石英玻璃的密度小，抗压能力强且光学性能好，满足太空窗口材料滤紫外耐辐射的要求，避免高能射线照射下形成“色心”，被广泛应用于卫星及宇宙飞船，耐辐照的石英玻璃可以有效控制航天器姿态，高强度抗辐照玻璃盖片能为宇宙飞船的太阳能电池能源系统提供有效保护，此外，石英玻璃纤维隔

23、热性能优良，介电性能好，被广泛用于机载天线罩用复合材料中。 图 2：石英制品在各领域的作用 8 8 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第8页 共39页 简单金融 成就梦想 资料来源：贺利氏官网、海利斯官网、中科院上海光学精密机械研究所官网，申万宏源研究 1.2 石英产业链集中度较高，海外企业占主导 完整的石英玻璃制品产业链包含从高纯石英砂原料到下游应用领域的全过程：高纯石英砂石英玻璃材料石英玻璃制品下游应用领域。石英产业是以二氧化硅为主要原材料成分的材料及制品行业。产业链中，上游为高纯石英砂生产及供应。现阶段，由于高纯石英砂的生产与高品质矿源密切相关，产业内主要被背靠高品质

24、石英矿的海外企业垄断，主要参与者包括尤尼明、挪威 TQC 等，国内石高纯英砂龙头生产厂家为石英股份。中游石英玻璃材料一般会以锭、筒、棒、管等形态保存，目前产业内主要竞争者包括国外的迈图、贺利氏、东曹、昆希、以及国内的菲利华、石英股份等；下游的石英制品是以石英玻璃为材料制成的一系列器件，包括石英舟、钟罩、坩锅等，其对生产技术人员和生产设备要求高，国内石英制品加工企业技术与外资企业仍有差距，贺利氏信越、杭州大和、沈阳汉科、泰谷诺等外资企业占据主要市场份额，国内石英制品加工企业主要有凯德石英，菲利华石创、东科石英以及强华股份等；石英制品下游客户主要包括半导体设备商和晶圆制造商、光伏石英坩埚制造商、光

25、伏硅片制造厂商、以及光学、光纤、军工和电光源领域相关生产厂商，其中半导体市场为主要应用市场。 9 9 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第9页 共39页 简单金融 成就梦想 图 3：石英玻璃产业链 资料来源：中国化工报、凯德石英招股书、中国粉体网、立鼎产业研究院，申万宏源研究 2. 上游：高纯石英砂资源属性强，呈寡头竞争格局 2.1 高纯石英砂是上游原材料，产品纯度决定其应用领域 高纯石英砂是石英玻璃制备关键原材料，产品纯度标准决定其应用领域。高纯石英砂是指 Si 含量大于 99.9%，Fe2O3 含量小于 0.0001%、Al2O3 含量小于 0.01%的石英砂。按照纯度

26、指标高纯石英砂可分为 3N（低端）、4N（中端）、4N8（高端）、5N2（超纯）、6N（高纯 SiCl4），纯度决定其应用领域。半导体：6N 的 SiCl4 用来制作光掩模基板，5N2砂可制硅生长坩埚， 4N 和 4N8 砂可制硅片氧化、 扩散等用的石英材料； 光纤： 6N 的 SiCl4用于制备芯棒，4N8 和 4N 砂可制沉积环节的种子棒与预制棒烧结的炉芯管；光伏：4N8砂可制硅生长坩埚， 4N 砂可制光伏电池扩散等用石英材料； 光源： 4N8 和 4N 砂可制特种、汽车灯和红外光源用石英材料；军工与航空航天：6N 的 SiCl4 可制对精度要求极高的传感器，4N 砂可以生产石英纤维；光学

27、：6N 的 SiCl4 制玻璃可作光刻镜头，激光陀螺等高端产品，4N、4N8 砂可用来制作镀膜锭等产品。 表 1：石英砂按纯度划分及主要用途 材料 分类 SiO2 含量（%） 杂质含量（ppm） 主要应用 1010 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第10页 共39页 简单金融 成就梦想 天然 普通石英砂 99.9% 1000-10000 电工行业（浇筑绝缘材料）、过滤器（作工业过滤介质）、玻璃及制品、化工（制作泡花碱） 高纯石英砂 低端 99.9%（3N） 100-1000 光学玻璃、耐火材料（铸炼炉）、陶瓷、铸造材料（铸件造型材料） 中端 99.99%（4N） 20-1

28、00 半导体（石英管/棒）、光纤（炉芯管/石英管/棒）、光伏（石英管/棒/锭/板/坩埚）、光学（镀膜锭）、光源（石英管）、航空航天（雷达罩） 高端 99.998%（4N8） 8-20 半导体（管/棒）、光纤（套管/炉芯管/棒）、光伏（坩埚）、光源（石英管） 超高纯 99.9992%（5N2） 8 半导体（坩埚） 合成 高纯 SiCl4 99.9999%（6N） 1 光纤（芯棒）、航空航天（窗口/传感器）、光学（光刻镜头/激光陀螺）、半导体（光掩膜基板） 资料来源：打破国外垄断，研发世界一流石英玻璃邵竹峰、光纤预制棒用大尺寸石英套管技术研究孙丽丽光掩膜版用低羟基高纯石英玻璃的研究陈娅丽、石英光纤

29、材料辐射诱导缺陷的形成机理研究罗文芸、石英砂提纯工艺及表面改性研究汪本高、蕴泽矿产、石英股份官网，菲利华官网，申万宏源研究 2.2 矿物提纯是主流制备工艺，矿物质量和晶格除杂是关键 高纯石英砂的制备工艺根据天然和合成可以分为矿物提纯和四氯化硅合成两种方式，受制于原料储量和成本，当前矿物提纯为主要制备工艺。天然高纯石英砂可以通过天然水晶经过粉碎-磁选-浮选-酸浸-干燥-焙烧传统工艺得到，也可以通过花岗伟晶岩、脉石英岩等在改进传统工艺环节的基础上增加络合和氯化煅烧等过程除去包裹体和晶格内的杂质深度提纯获得。合成四氯化硅制备通过光反应提高四氯化硅杂质的沸点，再通过精馏除杂制备。 由于天然水晶的储量小

30、且原料价格高， 合成四氯化硅的制备成本高， 难以大规模生产，因此，石英矿物提纯加工是当前高纯石英砂的主要制备方法。 表 2：石英玻璃原材料制备方法比较 分类 制备原材料 原料概况 制备工艺 优点 缺点 天然高纯石英砂 天然水晶 国内天然水晶的资源储量仅为 0.7 万吨，储量较小且一、二级水晶价格高昂， 随着近年来观赏性水晶需求激增价格持续上扬 水晶原矿直接经过粉碎、磁选、浮选、酸浸、干燥、焙烧后得到成品石英砂 工艺简单且无技术、设备壁垒 原料成本较高、由于流程简单容易产生杂质导致纯度不高 石英矿石 主要采用花岗伟晶岩和脉石英中的石英晶粒进行提纯， 石英矿资源丰富，成本较低 粗选、焙烧水淬、重选

31、、浮选、酸浸、络合、高温焙烧等步骤 原料价格较低、资源丰富、污染小 工艺流程复杂、国内理论指导尚待完善、成品纯度一般 合成高纯石英砂 四氯化硅 我国技术尚不完备， 成本高昂 通过光反应去除四氯化硅原料中的部分氯化物杂质， 再进行精馏反应不断在多个精馏塔间反复蒸馏、冷却，得到高纯度四氯化硅 四氯化硅纯度极高，可应用于极高端石英制品制备 海外垄断工艺导致原料成本高昂、生产对设备腐蚀严重、尾气生成氯气有毒气体 1111 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第11页 共39页 简单金融 成就梦想 资料来源：高纯石英砂资源及加工技术分析郭文达，申万宏源研究 天然高纯石英砂制备采用物理和

32、化学提纯相结合的方法，矿石质量和晶格除杂工艺是产品质量决定因素。制备过程包括粗选-破碎-水淬-粉碎-磁选-分级-焙烧-水碎-浮选-去离子水洗-干燥-酸浸等 12 个步骤。石英矿物提纯工艺流程较为复杂，矿石质量和晶格除杂工艺是产品质量的决定性因素。 矿石质量：矿石中不同矿物包裹体、流体包裹体和晶格杂质含量决定了石英矿提纯和加工后的高纯石英砂最终质量。 根据不同成矿特性和理化特性， 石英岩可分为花岗伟晶岩、脉石英岩、石英岩和石英砂岩，其中，前两类岩石晶粒结晶粒度粗，易于单体解离，是中高端高纯石英砂的理想原料。目前认为，原料评价应当以化学成分、嵌布粒度、脉石矿物、包裹体和晶格杂质作为关键指标综合评价

33、，当石英原料在 5 个指标中有 3 个及以上达到 A级时，可以推荐为高纯石英原料。根据中国粉体网数据，当前，全球高纯石英原料矿床分布于美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、印度、加拿大、中国等 7 个国家，除中国外有 14 处矿床，其中尚未开采的有 7 处，矿源质量最高和储量最大的为美国 Spruce Pine 矿。深度绑定高品质矿石资源是行业内企业竞争关键。 晶格除杂：石英矿物中的 Al 离子和 Fe 离子容易替代石英晶格中的硅离子，形成新的铝氧四面体和氧铁四面体，同时造成晶格内部电荷缺陷而引入 K、Na、Li、H 等电荷补偿杂质，该种杂质需要改变晶格结构才能得以去除，因此，晶格除杂为高纯石英砂加工

34、过程中难以突破的瓶颈。我国目前试图通过氯气、氯化氢与矿物反应，高温焙烧改变石英晶体结构达到除杂效果， 但是受制于温度和酸浸参数， 我国氯化焙烧处理能力仍处于较弱水平。尤尼明矿石的液体包裹体小于 5 个/cm2，我国则达到 15 个/cm2，通过高温焙烧对 Al 和Fe 的去除率分别能够达到 96.7%和 87.7%，在确定起始温度、焙烧时间、酸浓度及反应时间方面，仍有待一步突破。 图 4：石英矿物提纯制备高纯石英砂的技术路线 1212 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第12页 共39页 简单金融 成就梦想 资料来源：硅业分会，中国硅酸盐协会电子玻璃分会，申万宏源研究 高纯

35、四氯化硅制备以光化和精馏结合工艺为主，除杂环节成本高昂是我国企业技术路线的“卡脖子”环节，三孚股份率先实现技术突破。目前工业界采用光化与精馏结合的方式制备高纯四氯化硅，具体工艺流程如下：（1）光化反应：利用光照条件将氯分子解离为氯自由基，取代三氯氢硅及其它含有氢杂质含氯化合物上的氢原子，得到 HCl、SiCl4 和其他含氢化合物。光化反应对去除三氯氢硅杂质极为有效，可以将某些杂质转化为沸点更高的杂质；（2）精馏：主要根据四氯化硅与各种杂质沸点不同来实现分离，可以将 SiCl4 中的低沸点组分和高沸点组分分离出来，但是 AlCl3，FeCl3 等极性重金属氯化物有可能形成配合物，挥发度同四氯化硅

36、相近，精馏法不能达到理想效果。此类杂质可用吸附法进一步提纯，但是活化处理十分繁杂且费用高，给除杂带来困难，杂质吸附环节是技术路线中关键成本环节。近年随着国内精馏技术的提升，三孚股份率先完成技术突破，产品达到 9N级别，实现对原材料要求较为苛刻的 PCVD 芯棒生产工艺的规模化供应，初步完成进口替代。目前公司 3 万吨高纯四氯化硅产能已全部投产，国产化进程加速。 图 5：合成石英砂制备工艺 1313 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第13页 共39页 简单金融 成就梦想 资料来源： 光线级四氯化硅精制工艺孙雪婷，申万宏源研究 2.2 光伏石英砂需求旺盛，供给持续紧张，行业景

37、气高企 我们预计到 2024 年，全球光伏用高纯石英砂市场空间有望达 9.15 万吨，21-24 年CAGR 达到 27.3%。在光伏领域，高纯石英砂主要用来制作拉制单晶硅棒的石英坩埚。在全球“双碳”目标和光伏发电成本不断下降的双重驱动下，全球光伏装机量迎来高增长。根据新增光伏装机量，硅片生长炉工作时间及产能，石英坩埚平均使用寿命，可以测算出高纯石英砂的需求量。我们作出如下假设： （1） 全球硅片产量： 我们预测， 21-24 年全球新增光伏装机量为 240、 300、 350GW。在制备组件/电池片/切片过程中的良品率分别为 99%/98%/99%，新增装机量和硅片产量比例大概为 1：1.2

38、5，21-24 年光伏硅片产量预计为 299、373、435GW。 （2）生长炉产能：根据国内技术与规模双领先的光伏设备供应商晶盛机电晶体生长设备的收入和销量，可以计算出生长炉的单价为 218.5 万元。又根据隆基股份公告，1GW 硅片产能约需要 2 亿元晶硅生长炉。由此可得，晶体生长炉的产能约为 10.9MW/台/年，假设行业平均晶体生产炉产能为 10 MW/台/年。随着生长炉设备企业研发的持续投入与技术的不断突破，预计单台设备产能 22-24 年增长为 0.8、1、1MW/台/年，21-24 年单台生长炉产能为：10/10.8/11.8/12.8MW/台/年。 （3）生长炉工作时间：随着光

39、伏领域制造设备的不断改进，高控制精度全自动晶体生长炉的普及，已经可以实现全过程计算机控制自动生长，延长了设备的工作时间。因此，我们假设 22-24 年每台生长炉工作时长为 7750、8000、8200h。 （4） 石英坩埚寿命： 由于光伏行业对于石英坩埚的纯度、 洁净度、 精度具有严格标准，同时大硅片的演进也使得石英坩埚工艺技术一直向“高纯度、大尺寸、低成本、长寿命”方向发展。根据晶盛机电和欧晶科技的公告，我们假设 21 年坩埚平均寿命为 350 小时，随着坩埚寿命的不断提升，我们假设 22-24 年坩埚使用寿命为 360、380、400h。 （6） 中国硅片产量占全球比例： 根据 CPIA

40、数据， 我国硅片产量的全球份额不断提升，从 2018 年的 93.04%增长至 2021 年的 99.23%。随着全球光伏硅片龙头企业隆基、中环 1414 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第14页 共39页 简单金融 成就梦想 等持续扩产，我们预计我国光伏硅片产量占全球比例将进一步提升，22-25 年均维持在99.5%。 综上，我们预计 21-24 年，全球的光伏用高纯石英砂需求为 4.43/6.31/8.07/9.15万吨。我们预计 22-24 年市场供给约 5.5/7.5/8.9 万吨，供给偏紧，未来三年仍有 0.81、0.57、 0.25 万吨的缺口， 景气度将持续

41、， 随着产能释放， 预计 25 年开始供给将逐步宽松。 表 3：22-25 年我国及全球光伏用高纯石英砂市场空间测算 参数名称 2021 2022E 2023E 2024E 全球光伏新增装机量（GW) 183 240 300 350 容配比 1.25 1.25 1.25 1.25 光伏硅片产量（GW） 229 300 375 438 国内/全球光伏硅片产量(GW） 99.23% 99.50% 99.50% 99.50% 中国光伏硅片产量（GW） 227 299 373 435 硅片生长炉产能（MW/台/年） 10 10.8 11.8 12.8 硅片生长炉总数（万台） 2.3 2.8 3.2 3

42、.4 每台生长炉每年工作时间（h/年） 7500 7750 8000 8200 硅片生长炉工作总时长（万小时） 17156 21528 25424 28027 单只坩埚平均使用寿命（h) 350 360 380 400 坩埚需求总数（万只） 49 60 67 70 每只坩埚需要的石英砂数量（kg/只） 90 105 120 130 中国光伏高纯石英砂需求总数（万吨） 4.41 6.28 8.03 9.11 全球光伏高纯石英砂需求总数（万吨） 4.43 6.31 8.07 9.15 资料来源： CPIA，彭博，欧晶科技公告，隆基公告，中环公告，晶盛机电公告，申万宏源研究 表 4：2021-202

43、4E 国内供给情况预测（万吨） 公司 2021 2022E 2023E 2024E 石英股份 1.5 2.5 3.5 4.7 菲利华 0 0 0.8 1 尤尼明等海外企业 2.1 2.3 2.4 2.4 其他国内企业 0.6 0.7 0.8 0.8 合计 4.2 5.5 7.5 8.9 资料来源：各公司公告、中国粉体网，申万宏源研究 注：根据已披露的扩产计划，石英股份：公司预计 2 万吨扩产将于 22 年达产，1.5 万吨扩产将于 23 年达产；菲利华：公司预计2 万吨扩产将于 23 年达产 1 万吨，我们预计石英股份和菲利华 22-24 新增产能分别为 1/1/1.2 和 0/0.8/0.2

44、 万吨,尤尼明等海外企业和其他国内企业 22-24 新增供给 0.2/0.1/0 和 0.1/0.1/0 万吨。 2.4 海外企业高度垄断市场，我国企业快速崛起 高纯石英砂市场被美国尤尼明长期垄断，国内仅石英股份可规模量产。尤尼明拥有美国北卡罗莱纳州 Spruce Pine 地区花岗质伟晶岩原矿，储量超过 1000 万吨，是全球最理 1515 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第15页 共39页 简单金融 成就梦想 想的高纯石英砂提纯矿石，其还掌握先进的提纯工艺，能够运用数学模型验证矿体，保证产品稳定供给， 因此， 长期处于垄断地位， 占据全球 70%以上的高纯石英砂市场。

45、 挪威 TQC依靠美国 Spruce Pine 地区的优质矿源和本地石英矿成为第二大石英砂供应商， 占据 10%的市场份额。我国石英股份公司 2009 年取得重大技术突破，成为全球第三家，国内唯一一家能够规模量产高纯石英砂的企业。石英股份深度绑定上游矿源，帮助企业持续生产高品质高纯石英砂，保证产品产量和持续供应能力，快速崛起。 图 6：2019 年全球高纯石英砂竞争格局（截至 2019 年 11 月 20 日） 资料来源：Stratum Resources，申万宏源研究 表 5：全球主要高纯石英砂企业对比 公司名称 主要产品 高纯石英砂应用领域 竞争优势 尤尼明 石英、 长石、 正长岩、 橄榄

46、石、 碳酸钙、黏土、高岭土、石灰石和 ITOA 系列高纯石英砂产品等 半导体（广泛）、光纤、光源、光伏等各种高端领域 全球龙头企业，拥有优质的花岗伟晶岩矿床，产品质量稳定，提纯技术成熟，自动化程度高 挪威 TQC 高纯石英砂等 半导体、光伏及电光源领域 自 1996 年以来经营数个地下和露天矿场，加工产品的原料来自 Spruce Pine 和挪威当地的石英 石英股份 高纯石英砂、石英管（棒）、大口径石英扩散管、 石英坩埚、 各种石英器件等 主要应用于高端电光源石英管、光伏坩埚制备 本土龙头企业，长期致力于高纯石英砂提纯技术的研发和创新，已成为全球少数掌握规模化量产高纯石英砂技术的企业之一。 R

47、ussian Quartz 高纯石英砂等 主要应用在光伏、半导体坩埚、特殊光学元件、大直径石英管制备 拥有克什特姆颗粒状石英矿床，石英矿储量超过 50 万吨，鹏和磷杂质含量极低。 资料来源：河北省自然资源厅、中国粉体网、挪威 TQC 官网、RQ 官网、半导体产业链关键材料之石英产业专题报告、石英股份 2020 年报、Indian minerals & markets Forum 2019，申万宏源研究 1616 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第16页 共39页 简单金融 成就梦想 高纯石英砂制备技术海内外差距逐渐缩小，国产替代为必然趋势。国外已经可以规模量产 5N2 的

48、高纯石英砂，我国尚处 4N8 阶段，多数高端产品依赖进口。我国的矿源主要为脉石英和石英岩，杂质含量多，提纯难度大，目前 3N 和 4N 产品已经实现国产化，石英股份生产的半导体和光伏级高纯石英砂都达到了 4N8 水平，与尤尼明 IOTA-标准产品达到相同纯度。随着我国选矿评价体系的完善和提纯工艺的进步，国产替代成为必然趋势。 表 6：美国尤尼明公司高纯石英砂的分类标准及用途 产品系列 SiO2 含量（%） 杂质含量（ppm） 特点 应用领域 IOTA-标准 4N8 20 生产低膨胀系数的透明石英玻璃 高温封接的汞灯、卤钨灯、以及低成本商业品质的半导体石英制品。 IOTA-4 5N 10 生产石

49、英玻璃，具有独特的精度和抗析晶能力 工艺管、硅片处理、石英块、提纯单晶硅用的半导体坩埚。 IOTA-6 5N1 9 生产石英玻璃 低碱的石英制品、扩散管及固体内杂质不允许扩散的 CZ 型坩埚。 IOTA-8 5N2 8 生产超高纯石英玻璃，用于 12英寸或更大尺寸硅片 主要用于大直径坩埚等更高要求的领域， 改进粘度，坩壁很稳定，高纯度使合成衬垫的需求减少。 资料来源：硅业分会，申万宏源研究 表 7：高纯石英砂产品技术现状 分类 低端产品 中端产品 高端产品 SiO2 纯度 3N 4N 4N8 杂质含量(ppm) 1000 100 20 技术现状 国产 国产 仅石英股份可量产，多数为进口 资料来

50、源：中国高纯石英资源开发利用现状及供需形势顾亚玲，申万宏源研究 本土龙头石英股份加速扩产，国产化进程提速。在国产替代及高纯石英砂需求激增的驱动下，石英股份积极扩产迎接机遇，市场份额有望进一步提升。石英股份已有高纯石英砂产能 1.5 万吨， 新建的 2 万吨已基本建成， 另有 1.5 万吨高纯石英砂项目计划 2023 年投产，菲利华计划建设两万吨超纯石英砂产能，预计 23 年投产 1 万吨，25 年两万吨全部投产。尤尼明、TQC 和 Russian Quartz 近两年无明显扩产计划，随着高纯石英砂需求的不断走高，预计 2022 年高纯石英砂仍有缺口，国产化进程提速明显。 表 8：2022-20