習(xí)近平主席在中央經(jīng)濟工作會議上講話，部署2021年經(jīng)濟工作50件大事。其中要求增強產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈自主可控能力，做到以下幾點：1、實施好關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)工程，盡快解決一批“卡脖子”問題；2、在產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢領(lǐng)域精耕細作，搞出更多獨門絕技；3、要實施好產(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，但對高純石英的定義并沒有統(tǒng)一的標準。《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》(2014年修訂版)根據(jù)企業(yè)標準(QB/T2196-1996)，對玻璃工業(yè)和化工用的高純石英砂和超純石英砂進行了劃分(表1)。顯然，該標準已經(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標準
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個基本地質(zhì)條件：
a. 硅源充足；
b. 無同期金屬礦床伴生以保證硅源和礦石的純度；
c. 動定相宜的構(gòu)造環(huán)境以提供大規(guī)模硅質(zhì)運移通道、穩(wěn)定的壓力-溫度和充分的高純石英結(jié)晶時間(P-T-t)以及足夠的成礦空間。
美國尤尼明公司認為高純石英的提純極限與其原料的品質(zhì)密切相關(guān)，并對高純石英原料的礦床地質(zhì)特點進行了研究，認為獨特的石英礦床的地質(zhì)作用導(dǎo)致石英動力學(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，與變形運動相隨的液體，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)量檢測技術(shù)4方面內(nèi)容。我國尚缺乏高純石英原料評價與選擇技術(shù)，對于高純石英原料選擇還存在較大的盲目性，以往認為SiO2純度高低是制備高純石英至關(guān)因素的觀點造成了人力、物力的較大浪費，實踐證明，原料中雜質(zhì)元素含量高低與高純石英質(zhì)量優(yōu)劣并不是簡單對應(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，我國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，與國際先進水平差距依然很大。
3、如何去雜質(zhì)
1除鐵
一般鐵在石英礦中以以下常見的六種形式存在：
①以細微粒狀賦存在粘土或高嶺土化的長石中；
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破碎磨礦過程中會混入一定量的次生鐵。
針對不同形式的鐵雜質(zhì)，選用以下不同選礦提純方法：
（1）篩分、分級（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)主要以長石，云母和粘土礦物的形式存在，對于粘土礦物，采用擦洗和分級脫泥方法即可除去。而對于以長石形式存在的含鋁礦物，與石英的有效分離一直以來是選礦界的難點，尤其是長石和石英的分離。因為二者同屬架狀硅酸鹽礦物，物理性質(zhì)極其相似，用重選和磁選無法將其分離。有效的方法是浮選法，在深度提純時也使用混合酸浸出法。
（1）有氟浮選法（2）無氟浮選法（3）氯化焙燒
其他提純工藝有 ：高溫真空法；高溫摻雜提純法；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、鞏固國防軍工的重要保障，在國民經(jīng)濟建設(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，太陽能電池片制程擴散、PE工藝，電光源中的超高壓投影燈、毛細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，巴西是全球資源量大國，2019年資源量為2111 萬 t，在全球中占比 28.97%，礦石類型主要為天然水晶。美國是第二大資源量國，2014 年資源量為2563 萬 t，2019 年資源量為1822萬 t，減少 741 萬 , 在全球中仍占比 25.0%，礦石類型主要為花崗巖石英，分布在北卡羅來納州 SprucePine 地區(qū)。加拿大位列全球第三，2019年資源量為1 000 萬 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量情況
2、我國高純石英供需情況
我國是高純石英消費大國，中低端產(chǎn)品自給有余，部分出口，高端產(chǎn)品仍然依賴進口。據(jù)中國建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會數(shù)據(jù)，我國石英產(chǎn)量逐年上升，2018年中國石英砂產(chǎn)量8255萬t，其中，普通石英砂產(chǎn)量3518萬t，精制石英砂產(chǎn)量3518萬t，普通高純石英砂(SiO2≥99.5%)產(chǎn)量達到636萬t，占比較低。國內(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。國內(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 年中國石英砂分品種產(chǎn)量圖( 萬 t)
近年來，我國在高純石英加工技術(shù)研究方面開展工作較多，初步具有4N高純石英中端產(chǎn)品的批量生產(chǎn)能力，但與國際先進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)進口量14萬t，出口量僅0.18萬t，進口量遠大于出口量，主要進口國為韓國、德國、馬來西亞、美國、日本、挪威等地。
2009—2018 年我國含硅量≥99.99% 的硅( HS28046190) 進、出口量統(tǒng)計( 萬 t)
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