中國粉體網(wǎng)訊 石英是自然界中最常見的礦物之一，是一組由二氧化硅（SiO2）組成礦物的學(xué)名，廣泛應(yīng)用在玻璃、建筑、寶玉石裝飾等傳統(tǒng)行業(yè)。20世紀(jì)60年代以來，計算機(jī)、新材料、新能源等新興技術(shù)對石英產(chǎn)品的純度提出更高要求，誕生了高純石英的概念。
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高純石英是國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和支柱性產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中不可替代的基礎(chǔ)性材料，是半導(dǎo)體芯片、太陽能光伏、光纖通信、航空航天、精密光學(xué)和特種玻璃等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少且無法替代的重要功能性材料，是真正“卡脖子”的礦物資源。在自然界中，雖然石英的分布非常廣泛，但純度很高的高純石英卻很稀有。
1 什么是高純石英？
高純石英是天然形成的(如水晶)或由較純凈的石英原料提純加工而成的高品質(zhì)石英。由于不同產(chǎn)業(yè)對石英的質(zhì)量要求千差萬別，所以，時至今日全世界也沒有統(tǒng)一的高純石英質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
挪威和美國一些學(xué)者依據(jù)用在半導(dǎo)體和光伏產(chǎn)業(yè)的石英玻璃的質(zhì)量要求，認(rèn)為石英的雜質(zhì)總含量要小于百萬分之50，也就是說SiO2的純度要達(dá)到99.995%以上，才能稱為高純石英。我國一些學(xué)者認(rèn)為SiO2純度達(dá)到99.9%或者99.99%以上的石英，就是高純石英。
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一般來說，石英的純度越高，雜質(zhì)元素含量越低，質(zhì)量就越好。這是因為，純度高的石英具有更好的耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹性、高絕緣性和透光性等特性，才能滿足半導(dǎo)體芯片、太陽能光伏、精密光學(xué)等高科技產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量要求。
2 高純石英的戰(zhàn)略意義
早在2011年，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《找礦突破戰(zhàn)略行動綱要(2011～2020年)》就明確將高純石英等作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)所需的礦產(chǎn)。在2017～2019年版《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》中也多次提到高純石英及其原料。相關(guān)文件《建材工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020）》《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南（2017年）》《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年）》《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄（2019年）》等也大力支持高純石英的發(fā)展。2020年四部委聯(lián)合出臺的《關(guān)于擴(kuò)大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長點(diǎn)增長極的指導(dǎo)意見》中，也明確要求聚焦重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，加快重點(diǎn)材料、關(guān)鍵芯片、高端元器件等核心技術(shù)的攻關(guān)。高純石英及其原料與這些領(lǐng)域息息相關(guān)，目前與高純石英有關(guān)的部分核心技術(shù)尚未取得突破，有必要將高純石英相關(guān)的核心技術(shù)上升到國家戰(zhàn)略的角度進(jìn)行攻關(guān)。
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另外，中國高純石英及其原料的供應(yīng)風(fēng)險較高。一方面，其資源主要集中在國外生產(chǎn)，國內(nèi)生產(chǎn)的比例較低，隨著中國制造2025的不斷推進(jìn)，高純石英及其原料的供需矛盾也將愈發(fā)突出；另一方面，由于受政治局勢的影響，其貿(mào)易通道具有較大的不安全性，未來高純石英及其原料的供應(yīng)將面臨巨大的風(fēng)險。從經(jīng)濟(jì)價值的角度來看，這一類資源對我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。雖然所占的比例不高，但如果這一類資源的供應(yīng)受到限制，將直接影響到戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高效有序發(fā)展。
3 高純石英的制備
高純石英的制備方法主要有3大類，分別為天然水晶粉磨加工、石英礦物深度提純及化學(xué)加工合成。
3.1 天然水晶粉磨加工
高純石英最初是從一、二級天然水晶中深度提純得到的，天然水晶制備高純石英砂工藝較為簡單，水晶原礦經(jīng)過粉碎、磁選、浮選、酸浸、干燥、焙燒后得到成品石英砂。
但目前我國水晶資源逐漸匱乏，成本越來越高；且生產(chǎn)過程中雜質(zhì)含量高、能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差。目前，我國提純高純石英的一、二級水晶主要來自江蘇東海，單價約為30.0~40.0元/kg，且該地區(qū)規(guī)模較大的一、二級水晶礦業(yè)基本枯竭。
3.2 石英礦物深度提純
由于天然石英礦物價格低、資源相對豐富，制備過程污染小等優(yōu)點(diǎn)，目前高純石英砂主要是從石英礦物中提純。
石英礦物深度提純主要是除去其中少量或微量雜質(zhì)，獲得高純石英，常用擦洗、重選、磁選、浮選、酸浸、高溫氯化等選礦工藝。根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平，人們可以從脈石英、石英巖、粉石英和偉晶巖等礦產(chǎn)資源中，甚至是一些金屬礦的尾礦中提純出高純石英。在眾多石英礦物礦床中，花崗偉晶巖是最為理想的提純高純石英的礦物。
然而，全球能夠加工成高純石英原料資源分布較少，且不均勻。
3.3 高純石英化學(xué)加工方法
近年來關(guān)于化學(xué)合成法制備高純石英的研究逐漸受到國內(nèi)外的重視。目前，高純石英的化學(xué)加工方法主要有氣相合成法、化學(xué)沉淀法、溶膠-凝膠法、四氯化硅液相水解法等。
目前，全球高純合成石英材料主要生產(chǎn)企業(yè)包括美國康寧公司、德國賀利氏、日本東曹株式會社、日本信越石英株式會社以及國內(nèi)的菲利華。
4 我國高純石英現(xiàn)狀
由于生產(chǎn)原料的特殊性和技術(shù)保密等原因，高純石英及其原料的生產(chǎn)和出口高度集中在世界少數(shù)國家和企業(yè)中，其中高端的加工提純技術(shù)和產(chǎn)品主要被美國等發(fā)達(dá)國家所掌握，我國的高端高純石英主要依靠進(jìn)口。
2019年全球高純石英進(jìn)口量20.54萬t，其中中國進(jìn)口量為14.45萬t，是全球第一大高純石英進(jìn)口國，占全球進(jìn)口總量的70.35%。在中國高純合成石英市場，美國康寧公司高純合成石英產(chǎn)品占比最高，達(dá)33.4%；德國賀利氏在中國高純合成石英市場占比21.0%；日本東曹株式會社的高純合成石英產(chǎn)品占國內(nèi)市場的16.9%；國內(nèi)企業(yè)菲利華的高純合成石英目前國內(nèi)市場占比9.8%左右。
高純石英產(chǎn)品質(zhì)量受高純石英原料資源質(zhì)量控制。當(dāng)前我國對高純石英原料的勘查評價工作不多，至今尚沒有發(fā)現(xiàn)規(guī)模大、質(zhì)量穩(wěn)定的高純石英原料礦床，無法為生產(chǎn)企業(yè)提供質(zhì)量穩(wěn)定的高純石英原料。我國高純石英的產(chǎn)能并不能滿足市場的需求，供需矛盾將逐步凸顯。
5 高純石英應(yīng)用
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(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。
高純石英制品主要應(yīng)用領(lǐng)域
注：①表示SiO2含量99.995%；②表示SiO2含量99.998%。
參考來源：
【1】王自國.我國高純石英產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局思考.中國礦業(yè).2021.
【2】王九一.高純石英——二氧化硅中的“大熊貓”.地球.2022.
【3】立木信息咨詢.《2022年中國高純合成石英行業(yè)市場發(fā)展概況》
【4】郝文俊，等.全球高純石英資源現(xiàn)狀、生產(chǎn)、消費(fèi)及貿(mào)易格局.中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊.2020.
【5】李光惠，等.高純石英原料作為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的分析及建議.中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊.2020.
【6】王自國，等.我國石英價格波動原因分析.中國煤炭地質(zhì).2021.
【7】顏玲亞，等.中國高純石英資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及供需形勢.國土資源情報.2020.
【8】李愛民，等.高純石英的制備技術(shù)和應(yīng)用.有色設(shè)備.2021.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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