朋友，你知道天然砂嗎？作為被限制出口的主角，這幾天簡直讓網友們腦洞大開，甚至還扯上“石器時代”……有不少人認為，天然砂是造芯的核心原材料，而我國有著豐富的自然資源。但其實並非如此。一方面，正如大傢所說，此砂非彼砂。進出口的“天然砂”，跟用來造芯的“天然砂”並不是一類東西。
日常的天然砂，就是帶有工業用途的沙子，比如河沙、海沙、石英砂等。
用來造芯片的隻屬於其中一種——石英砂，而且還得是高純度，含矽量99.999%。
另一方面，不為更多人所知的是，別看我國沙子那麼多，但其實能用的並不多，現在還依賴進口——
僅去年一年，就花13億來進口天然砂。
而專用於造芯的高純石英砂，我國更是沒有，甚至一度還被美國壟斷。
去年花13億來進口沙子
作為地球上含量最豐富的物質之一，沙子被廣泛用於建築、玻璃等制造行業。
在我國沙石資源非常豐富，且不論河沙、海沙亦或是礦床裡的砂，就是幾個大沙漠加起來，數量就杠杠上去。
但其實咱們能用上的沙子，即天然砂，其實並不多，甚至如今還處於靠進口來滿足需求的狀態。
早在2014年，就已經在進口天然砂，當時相較於出口的四千多萬噸，進口數量還不在一個數量級。
△來源：智研資詢
ps，我國天然砂進出口有兩個類別：矽砂及石英砂、其他天然砂。
但之後隨著建築等應用領域的需求不斷擴大，加上對環境的保護，在四年之後（2017年），我國進口數量首次超過出口數量。
△來源：海關統計數據在線查詢平臺
而又在去年（2021年），進口數量已經是出口數量的4倍，進口金額也達到峰值，超13億元。
主要進口地區包括澳大利亞、印度尼西亞、馬來西亞、菲律賓日本等國傢。
其中澳大利亞、馬來西亞分別為矽砂及石英砂、其他天然砂的主要進口國，占比高達41%及45%。
今年上半年，僅矽砂及石英砂這個類別，我國進口量就達到201.2萬噸，總進口金額達到6.8億元。
△2022年1-6月矽砂及石英砂進口，來源：海關統計數據在線查詢平臺
反觀出口，單月最高出口金額也僅是一百來萬元。
△2022年1-6月矽砂及石英砂出口，來源：海關統計數據在線查詢平臺
可以看到，目前我國天然砂也開始依賴進口，而且數量還不小。
之所以出現這種情況，還得從砂與沙之間的區別開始談起。
雖然天然砂和沙都指自然條件下生成的巖石顆粒，但砂更偏向於有實用價值的戰略資源，另外砂還包括人工砂。
根據中國海關進出口標準分類，天然砂主要包含3大類：
矽砂及石英砂； 土質砂； 長石砂，為去除雜質而進行熱處理的天然砂仍歸入本品目。
諸如河砂、海砂、湖砂，以及開采自礦床中的砂，均屬於此類。
就用途來說，則覆蓋建築業、陶瓷玻璃，耐火制品，甚至是芯片制造、航天等尖端領域，都有運用。
這也就決定工業上用的砂石需要符合一定的用砂標準。
比如像沙漠裡的沙子，就明顯不能被開發出來。撇開運輸成本不談，沙漠沙經過長期風化，顆粒非常的小，表面光滑且沒有粘結性，就不適用於制造行業。
這種“用砂標準”放在用來造芯的石英砂，體現則更為明顯。
99.9%以上的含矽量
眾所周知，制作芯片圓晶之所以要用到自然砂，是因為自然砂中的矽元素導電性好，化學性質又穩定，是芯片的理想選擇。
同時，半導體材料的電學特性對雜質的濃度非常敏感，這就需要圓晶原材料中的雜質盡可能少，矽化合物（二氧化矽）含量盡可能高才行。
而想要滿足上述條件，普通天然砂就玩不轉，隻有天然砂中的富“矽”階層——二氧化矽含量90%以上的石英砂——才符合標準。
而且，要滿足芯片制造標準，還必須是高純石英砂，二氧化矽需達99.9%以上，同時對雜質鐵和鋁元素的含量有要求。
（氧化鐵含量小於10ppm， 氧化鋁含量小於25ppm；ppm等於百萬分之一）。
除此之外，鑒於特殊的物理化學特性，高純石英砂具備耐高溫、高度絕緣、耐腐蝕等特點，因而應用非常廣泛。
根據二氧化矽含量的不同，高純石英砂還被分成低中高端，其應用的場景也分別有所對應。
△資料來源：中泰證券《高純石英砂行業深度：詳析壁壘、供需和格局》
隻有符合含矽量99.999%高端石英砂，才能用於半導體行業。隨後還有進行多次提純加工，才能造出一個滿意的晶圓來。
想要得到這種高純石英砂，也並非那麼容易。
需要對矽含量高，且雜質少的原礦石進行提煉才行。因此，礦床的選擇，也有奧秘在其中。
基於矽含量和純度的考量，業界公認適合提純的礦床類型，首推白崗巖或偉晶巖礦床，熱脈礦次之。
據中國地質科學院研究員王九一披露，全球已探明的高純石英礦中，隻有美國北卡羅來納州的斯普魯斯派恩高純石英原料礦屬於白崗巖型。
同時，斯普魯斯派恩高純石英原料礦，也是目前唯一一個探明儲量超過1000萬噸的礦床。
△圖源：王九一論文 《全球高純石英原料礦的資源分佈與開發現狀》
所以長久以來，這裡就是全球高純度石英砂提純原料的主要生產地，曾供給全世界90%以上的需求量。
業內三巨頭之一的美國尤尼明公司，也正是靠著這個礦床，牢牢占據高端高純石英砂行業的龍頭地位。
正因為如此，斯普魯斯派恩高純石英原料礦曾被BBC稱作“地球上最具戰略價值的平方英畝”。
而回到國內，論文資料顯示，我國的高純石英礦主要是脈石英和水晶礦。白崗巖或者偉晶巖礦，目前尚未有發現的消息傳出。
水晶礦品質高，是提純高端高純石英砂的理想選擇，但可惜的是，水晶資源現在已經趨於枯竭。
至於脈石英礦，倒是有一處礦床：靈虯山脈石英礦，位於湖北省蘄春縣，發現於上個世紀70年代。
靈虯山脈石英礦是熱液脈石英型。鉆孔取樣分析結果表明，礦石的二氧化矽純度超過99.35%，已經達到高純石英礦的標準。
但這裡還有2個問題：首先，儲量和礦山規模不大。
靈虯山脈石英礦的探查結果顯示，該礦探明儲量隻有387.4萬噸，設計礦山規模為年采1.5萬噸礦石。
其次，脈礦型石英礦石經過提純產出的高純石英砂，含矽量通常是99.9%（3N），大部分都用於金屬矽、矽微粉等工業產品。
想要提純出符合5N級別的高端高純石英砂，也能辦到，但相比直接提純白崗巖原礦，工藝復雜，成本高企。
以上2個問題，也造成我國高純石英砂或原生礦石領域的一個現狀：進口為主，本地為輔。
△圖源：石英股份
以國內高純度石英砂巨頭石英股份為例，其用以提純高純石英砂的原礦石，國外貨源占比長期高居不下，甚至在2020年達到90%。
尤其是高端高純石英砂的原礦石，高度依賴美國斯普魯斯派恩高純石英原料礦。
要知道，石英股份是國內唯一具備大規模提純高純度石英砂能力企業，作為“獨苗”，基本上能夠代表整個國內整個行業的狀況。
事實擺在這裡，高端高純石英砂原材料的要害，掌握在別人手裡。
如此一來，也不免有人擔心，在石英砂這塊是否會被美國卡脖子？
有位網友給出解答：並不會。還提到兩種替代方案。
一方面，美國高純原礦並非不可替代。近年來，隨著各國對高純石英礦床的勘探，為半導體行業提供更多選擇。
其中有代表性的，有挪威的德拉格礦床，同樣屬於花崗巖石英礦，其石英礦經過提純同樣能達到半導體行業所需要的5N級標準。
還有澳大利亞的糖袋山礦床，雖然屬於脈石英礦，但根據勘探，其礦石原料的二氧化矽純度就可以達到99.99%（4N）級別。
其二，高純度石英砂並非原礦石提純這一座“獨木橋”。近年來業界興起的化學合成高純石英，也是另一個選擇。
所謂化學合成高純石英，顧名思義，就是通過化學反應，提取高純石英。
目前主流的一些化學合成技術，均不需要高純石英原礦石作為原料。
比如化學沉淀法，就是以矽酸鈉與酸溶液為原料，在一定的合成溫度和表面活性劑的作用下合成高純石英。
而且，國內已經有相關企業掌握化學合成技術。比較有代表性的如菲利華和凱盛科技，其合成高純石英產品已經可以達到半導體所需高純石英砂的標準。
好，對於卡脖子這件事兒，你有什麼看法？
參考鏈接：
[1]https://s.weibo.com/weibo?q=%E5%A4%A9%E7%84%B6%E7%A0%82&Refer=weibo_weibo
[2]https://throughthesandglass.typepad.com/through_the_sandglass/2009/08/sand-to-chips—whats-the-real-story.html
[3]https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202205131565314200_1.pdf?1652454609000.pdf
[4]http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSKW202101015.htm
[5]https://www.makeuseof.com/how-intel-processor-is-made-from-sand-silicon/
[6]https://www.chyxx.com/industry/1120526.html [7]http://43.248.49.97/