習(xí)近平主席在中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上講話，部署2021年經(jīng)濟(jì)工作50件大事。其中要求增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈自主可控能力，做到以下幾點(diǎn)：1、實(shí)施好關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)工程，盡快解決一批“卡脖子”問(wèn)題；2、在產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域精耕細(xì)作，搞出更多獨(dú)門(mén)絕技；3、要實(shí)施好產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造工程，打牢基礎(chǔ)零部件、基礎(chǔ)工藝、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料等基礎(chǔ)。

這其中所涉及的“核心技術(shù)、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料......”，要想實(shí)現(xiàn)就不得不提到今天的主角——高純石英。

石英的工業(yè)應(yīng)用與高純石英SiO2純度有著密切關(guān)系，天然水晶、石英巖、脈石英等經(jīng)過(guò)精選和加工提純而成的SiO2含量≥99.9%的高純石英砂，是石英附加值應(yīng)用領(lǐng)域。

高純石英與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中新一代信息技術(shù)、新材料產(chǎn)業(yè)等九大領(lǐng)域中的八大領(lǐng)域具有密切的關(guān)聯(lián)性，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中重要的支撐材料。

01、什么是高純石英

1、高純石英原料

高純石英是天然石英原料經(jīng)過(guò)一定的加工提純以后所獲得的產(chǎn)品。高純石英原料是指在當(dāng)前技術(shù)條件下能夠加工出Al、Fe、Li、Ca、Mg、K、Na、Ti、Cu、Mn、Co、Ni、B等13種有害元素總含量<50μg/g；SiO2含量≥99.99%(即≥4N)的天然石英原料，如水晶、脈石英。

2、工業(yè)分類

目前，高純石英已在科技、工業(yè)和商業(yè)等領(lǐng)域廣泛使用，但對(duì)高純石英的定義并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》(2014年修訂版)根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QB/T2196-1996)，對(duì)玻璃工業(yè)和化工用的高純石英砂和超純石英砂進(jìn)行了劃分(表1)。顯然，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適用于當(dāng)前高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對(duì)于高純石英原料及其產(chǎn)品的應(yīng)用需求。

表 1 玻璃工業(yè)和化工用石英砂分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

02、如何獲取高純石英

1、高純石英礦床需要滿足哪些條件？

研究表明：規(guī)模大、品位高、品質(zhì)好的高純石英礦床有3個(gè)基本地質(zhì)條件：

a. 硅源充足；

b. 無(wú)同期金屬礦床伴生以保證硅源和礦石的純度；

c. 動(dòng)定相宜的構(gòu)造環(huán)境以提供大規(guī)模硅質(zhì)運(yùn)移通道、穩(wěn)定的壓力-溫度和充分的高純石英結(jié)晶時(shí)間(P-T-t)以及足夠的成礦空間。

美國(guó)尤尼明公司認(rèn)為高純石英的提純極限與其原料的品質(zhì)密切相關(guān)，并對(duì)高純石英原料的礦床地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行了研究，認(rèn)為獨(dú)特的石英礦床的地質(zhì)作用導(dǎo)致石英動(dòng)力學(xué)重結(jié)晶，石英顆粒的晶體塑性變形，晶體內(nèi)空隙雜質(zhì)沿著新形成的顆粒界限集中，與變形運(yùn)動(dòng)相隨的液體，有助于這些雜質(zhì)的溶解和遷移，使雜質(zhì)從重新結(jié)晶的石英顆粒中移出。

2、高純石英技術(shù)

高純石英技術(shù)包括原料選擇、加工工藝、加工裝備和質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)4方面內(nèi)容。我國(guó)尚缺乏高純石英原料評(píng)價(jià)與選擇技術(shù)，對(duì)于高純石英原料選擇還存在較大的盲目性，以往認(rèn)為SiO2純度高低是制備高純石英至關(guān)因素的觀點(diǎn)造成了人力、物力的較大浪費(fèi)，實(shí)踐證明，原料中雜質(zhì)元素含量高低與高純石英質(zhì)量?jī)?yōu)劣并不是簡(jiǎn)單對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是與原料工藝礦物學(xué)特征所決定的雜質(zhì)可選性有關(guān)。近年來(lái)，我國(guó)在高純石英加工技術(shù)研究方面取得了初步成效，已經(jīng)具備4N級(jí)別高純石英中端產(chǎn)品的批量生產(chǎn)能力，但加工技術(shù)、裝備由于起步較晚、技術(shù)保密等原因，與國(guó)際先進(jìn)水平差距依然很大。

3、如何去雜質(zhì)

1除鐵

一般鐵在石英礦中以以下常見(jiàn)的六種形式存在：

①以細(xì)微粒狀賦存在粘土或高嶺土化的長(zhǎng)石中；

②以氧化鐵薄膜形式附著于石英顆粒表面；

③鐵礦物或含鐵礦物；

④在石英顆粒內(nèi)部呈浸染或透鏡狀態(tài)；

⑤以固溶體狀態(tài)存在于石英晶體內(nèi)部；

⑥破碎磨礦過(guò)程中會(huì)混入一定量的次生鐵。

針對(duì)不同形式的鐵雜質(zhì)，選用以下不同選礦提純方法：

（1）篩分、分級(jí)（2）擦洗（3）化學(xué)酸浸（4）浮選法（5）重選、磁選（6）微生物浸除法。

2除鋁

石英礦中的鋁雜質(zhì)主要以長(zhǎng)石，云母和粘土礦物的形式存在，對(duì)于粘土礦物，采用擦洗和分級(jí)脫泥方法即可除去。而對(duì)于以長(zhǎng)石形式存在的含鋁礦物，與石英的有效分離一直以來(lái)是選礦界的難點(diǎn)，尤其是長(zhǎng)石和石英的分離。因?yàn)槎咄瑢偌軤罟杷猁}礦物，物理性質(zhì)極其相似，用重選和磁選無(wú)法將其分離。有效的方法是浮選法，在深度提純時(shí)也使用混合酸浸出法。

（1）有氟浮選法（2）無(wú)氟浮選法（3）氯化焙燒

其他提純工藝有 ：高溫真空法；高溫?fù)诫s提純法；煅燒-酸淬法；微波爆裂法；

超聲波分散提純法；高壓靜電分離；輻照色選法等。

高純石英礦處理流程圖

03、高純石英的用途

半導(dǎo)體、光通訊、光伏、光學(xué)、電光源等行業(yè)和領(lǐng)域是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要領(lǐng)域，是建設(shè)重大工程、改善民生、鞏固國(guó)防軍工的重要保障，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要的地位，高純石英被廣泛應(yīng)用在這些行業(yè)和領(lǐng)域中，是這些領(lǐng)域所需求的稀缺類共性高增值礦物資源。

在半導(dǎo)體晶圓制程工藝、刻蝕領(lǐng)域，太陽(yáng)能電池片制程擴(kuò)散、PE工藝，電光源中的超高壓投影燈、毛細(xì)管燈及影院燈等特種照明材料，航天航空領(lǐng)域等，均需要用到以高純石英為原料生產(chǎn)的石英玻璃坩堝、錠材、管材、棒材、板材、各種器皿和器件以及石英玻璃纖維和織物等產(chǎn)品。

高純石英制品主要應(yīng)用領(lǐng)域

04我國(guó)的高純石英現(xiàn)狀

1、全球高純石英資源概況

按照能夠加工成 SiO2 含量≥ 99.9% 高純石英砂的資源統(tǒng)計(jì)，巴西是全球資源量大國(guó)，2019年資源量為2111 萬(wàn) t，在全球中占比 28.97%，礦石類型主要為天然水晶。美國(guó)是第二大資源量國(guó)，2014 年資源量為2563 萬(wàn) t，2019 年資源量為1822萬(wàn) t，減少 741 萬(wàn) , 在全球中仍占比 25.0%，礦石類型主要為花崗巖石英，分布在北卡羅來(lái)納州 SprucePine 地區(qū)。加拿大位列全球第三，2019年資源量為1 000 萬(wàn) t，占比 13.72%，礦石類型主要為脈石英。

2012 ～ 2019 年高純石英原料資源儲(chǔ)量情況

2、我國(guó)高純石英供需情況

我國(guó)是高純石英消費(fèi)大國(guó)，中低端產(chǎn)品自給有余，部分出口，高端產(chǎn)品仍然依賴進(jìn)口。據(jù)中國(guó)建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，我國(guó)石英產(chǎn)量逐年上升，2018年中國(guó)石英砂產(chǎn)量8255萬(wàn)t，其中，普通石英砂產(chǎn)量3518萬(wàn)t，精制石英砂產(chǎn)量3518萬(wàn)t，普通高純石英砂(SiO2≥99.5%)產(chǎn)量達(dá)到636萬(wàn)t，占比較低。國(guó)內(nèi)石英砂加工廠的礦床成礦因素復(fù)雜，礦源純度較差，雖然石英含量高，但石英中存在流體雜質(zhì)多、礦體規(guī)模小、礦石品質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)目前只有石英股份具備規(guī)模化量產(chǎn)高純石英砂的技術(shù)能力。

2014—2018 年中國(guó)石英砂分品種產(chǎn)量圖( 萬(wàn) t)

近年來(lái)，我國(guó)在高純石英加工技術(shù)研究方面開(kāi)展工作較多，初步具有4N高純石英中端產(chǎn)品的批量生產(chǎn)能力，但與國(guó)際先進(jìn)水平的差距依然很大，高純石英產(chǎn)品仍不能滿足發(fā)展需求。2018年高純石英(SiO2＞99.99%的硅)進(jìn)口量14萬(wàn)t，出口量?jī)H0.18萬(wàn)t，進(jìn)口量遠(yuǎn)大于出口量，主要進(jìn)口國(guó)為韓國(guó)、德國(guó)、馬來(lái)西亞、美國(guó)、日本、挪威等地。

2009—2018 年我國(guó)含硅量≥99.99% 的硅( HS28046190) 進(jìn)、出口量統(tǒng)計(jì)( 萬(wàn) t)

聲明：文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)。本文僅作學(xué)習(xí)交流使用不做商業(yè)用途，如不慎侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們更正、刪除。感謝理解~~