Interruzione dell'estrazione di quarzo a Spruce Pine, NC, minaccia la produzione di semiconduttori

In sintesi

• L'uragano Helene ha causato danni stimati tra i 20 e i 34 miliardi di dollari nel sud-est degli Stati Uniti.
• Spruce Pine, North Carolina, produce il 70-90% del quarzo ad alta purezza mondiale per i semiconduttori.
• Sibelco e The Quartz Corp hanno sospeso temporaneamente le attività a Spruce Pine a causa dei danni provocati dall’uragano.
• Il quarzo ad alta purezza è fondamentale per la produzione del quarzo fuso utilizzato nel processo produttivo dei cristalli di silicio.
• Le aziende prevedono di gestire il fabbisogno di forniture nel breve periodo, ma interruzioni prolungate potrebbero compromettere la produzione di semiconduttori.

L'uragano Helene potrebbe causare danni nominali tra 20 e 34 miliardi di dollari

A fine settembre, l’uragano Helene di categoria 4 ha attraversato il sud-est degli Stati Uniti, causando devastazioni diffuse e più di 200 vittime. All'inizio di ottobre, centinaia di persone risultano ancora disperse. 

L’uragano, che ha riversato 40.000 miliardi di galloni d’acqua negli Stati Uniti — l’equivalente del Lago Tahoe — ha allagato intere città con gravi inondazioni, frane, interruzioni di corrente e varie criticità. Le prime stime di Moody Analytics indicano che i danni potrebbero oscillare tra 20 e 34 miliardi di dollari complessivi, rendendolo uno dei dieci uragani più costosi della storia degli Stati Uniti (oltre che uno dei più letali). 

Spruce Pine: piccolo centro, fornitore strategico di quarzo ad alta purezza

Una delle aree più colpite è stata la cittadina di Spruce Pine, in North Carolina. Il piccolo centro, con poco più di 2.000 residenti, ha registrato 61,26 cm di pioggia in 24 ore. Un dato che ha superato il record storico della zona, rimasto imbattuto dal 1916.

A differenza di altre piccole città colpite dall'uragano Helene senza grande eco mediatica, Spruce Pine ha attirato l’attenzione internazionale per il suo ruolo strategico nella filiera dei semiconduttori.

Le miniere di quarzo ad alta purezza di Spruce Pine: report sull’impatto

Spruce Pine ospita due miniere che producono il 70-90% del quarzo ad alta purezza mondiale. Le miniere sono controllate da due società: Sibelco, realtà globale belga di soluzioni per i materiali, e The Quartz Corp, joint venture tra la francese Imerys SA e la norvegese Norsk Mineral AS.

Secondo Imerys, «il quarzo estratto a Spruce Pine, North Carolina, USA... offre i giacimenti a più alta purezza a livello globale».

Dopo l’uragano, entrambe le società hanno sospeso le operazioni minerarie per valutare i danni e l’impatto potenziale sui dipendenti. Nei giorni successivi, le aziende hanno diffuso comunicati ufficiali riguardanti l’impatto dell’uragano Helene sulle attività produttive locali.

Risposte delle aziende all’impatto sulle attività di estrazione del quarzo

Sibelco: dichiarazione sull’impatto iniziale alle attività minerarie

Sibelco ha inizialmente annunciato che la «comunità di Spruce Pine è stata particolarmente colpita» e che «dal 26 settembre abbiamo temporaneamente sospeso le operazioni presso gli impianti di Spruce Pine in risposta a queste criticità».

Un aggiornamento successivo ha specificato che «le prime valutazioni indicano che i nostri impianti nell’area di Spruce Pine hanno subito solo danni minori», ma che «sono tuttora in corso analisi dettagliate». L’azienda ha inoltre precisato che la spedizione dei prodotti non è ancora ripresa, ma si sta lavorando per raggiungere questo obiettivo. La mancanza di energia elettrica rappresenta tuttora una criticità e un ostacolo fondamentale alla ripresa delle operazioni minerarie. 

The Quartz Corp: dichiarazione sull’impatto iniziale alle attività minerarie

In un comunicato diffuso il 2 ottobre, The Quartz Corp ha dichiarato che «i danni sono perlopiù circoscritti agli impianti ausiliari. È ancora presto per sapere quando TQC potrà riprendere le attività, dipenderà anche dalla ricostruzione delle infrastrutture locali».

L’azienda ha sottolineato la propria fiducia nel riuscire ad evitare interruzioni nella fornitura grazie a «livelli solidi di materie prime in Norvegia per alimentare le nostre operazioni di purificazione. Uniti a scorte di sicurezza di prodotto finito e disponibilità su diversi livelli nella catena di approvvigionamento, non prevediamo situazioni critiche per le nostre industrie downstream nel breve e medio periodo». 

Dove viene utilizzato il quarzo nel processo produttivo dei semiconduttori?

Il quarzo ad alta purezza è impiegato per produrre «quarzo fuso, un materiale dalle proprietà ottiche, meccaniche e termiche uniche, indispensabile per la produzione di una vasta gamma di prodotti ad alta tecnologia».

Il quarzo è parte integrante del processo produttivo dei chip semiconduttori utilizzati in tecnologie industriali e commerciali, fra cui laptop, smartphone, robot industriali e infrastrutture delle reti 5G. 

Il ruolo del quarzo fuso nel processo produttivo dei semiconduttori

Il quarzo fuso ricopre diversi ruoli chiave nel processo di produzione:

Crocifissi di quarzo fuso: il quarzo ad alta purezza viene usato in una fase essenziale chiamata processo Czochralski (CZ), che consente la crescita di grandi cristalli di silicio di alta qualità (detti anche lingotti), poi tagliati in wafer per la produzione di chip semiconduttori.

I crogioli in quarzo fuso sono una parte insostituibile del metodo Czochralski:

«Il silicio di grado semiconduttore ha un punto di fusione di circa 1425°C, temperatura che deve essere mantenuta durante tutto il processo Czochralski mentre il cristallo seme, fissato a un’asta, viene immerso e poi estratto dal crogiolo. I crogioli in quarzo fuso sono tra i pochi componenti idonei per la crescita dei lingotti di silicio monocristallino tramite il metodo Czochralski, grazie alla loro trascurabile espansione termica e all’eccellente resistenza allo shock termico. I crogioli in quarzo offrono anche la caratteristica aggiuntiva di essere non conduttivi, con una resistività nominale di 1 x 10⁸ Ω·m a 1000°C.»

Tubi e lingotti di quarzo fuso: il quarzo ad alta purezza è impiegato anche per produrre tubi e lingotti in quarzo che servono a realizzare apparecchiature in quarzo, fondamentali per diverse fasi della fabbricazione dei semiconduttori.

I crogioli in quarzo sono molto durevoli, ma non sempre riutilizzabili. Il numero di utilizzi dipende spesso dalla tipologia di processo Czochralski praticato. Dopo un certo numero di cicli, il crogiolo inizia a presentare impurità e altre problematiche che lo rendono inadatto alla produzione di nuovi lingotti di silicio monocristallino. 

Dove viene prodotto il quarzo nel resto del mondo?

Sebbene la maggior parte del quarzo ad alta purezza mondiale provenga da Spruce Pine, esistono altri siti estrattivi a livello globale, tra cui:

• Bovill Mine in Idaho, USA
• Lighthouse, nel Queensland, Australia
• White Springs e Quartz Hill, miniere in Australia

Sono presenti giacimenti anche in Mauritania, Russia, Germania e Norvegia.

Cosa significa questo per i produttori?

Per i produttori di elettronica, i danni alle miniere di quarzo ad alta purezza di Spruce Pine rappresentano un rischio potenziale rilevante per la catena di approvvigionamento dei semiconduttori. Poiché il quarzo è insostituibile per la produzione di chip, ogni interruzione nella filiera del quarzo può rallentare la produzione di semiconduttori. 

Sebbene sia Sibelco sia The Quartz Corp abbiano espresso fiducia nella possibilità di evitare interruzioni immediate delle forniture grazie agli stock esistenti, una fase prolungata di recupero o interventi infrastrutturali di ampia portata potrebbero alla lunga incidere sui tempi di produzione dei semiconduttori. Considerata la limitata riutilizzabilità delle scorte attuali di crogioli in quarzo, più si prolunga la sospensione delle operazioni, maggiore sarà l’effetto a cascata sull’intero ecosistema della produzione di chip.