中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石英作為一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，用途十分廣泛，它在玻璃行業(yè)、建材工業(yè)、機(jī)械制造、冶金工業(yè)、化工領(lǐng)域等被廣泛應(yīng)用，天然石英礦經(jīng)加工和提純后獲得的高純石英則在光纖通訊、光伏、電子、國(guó)防等關(guān)鍵領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和支柱性產(chǎn)業(yè)中不可或缺的基礎(chǔ)性支撐材料。
不同的工業(yè)產(chǎn)品利用石英的物理化學(xué)性質(zhì)不同（如硬度、透光性、絕緣性等），對(duì)石英原料和資源的要求和用量也不同，因此為提高石英資源的利用水平，必須梳理其在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。
工業(yè)硅
來(lái)源：新安股份
工業(yè)硅是硅礦石經(jīng)碳還原劑高溫在礦熱爐熔煉生成的一種基礎(chǔ)材料，位于硅基新材料產(chǎn)業(yè)鏈的初始端，通過(guò)工業(yè)硅可以加工制造單晶硅、多晶硅、有機(jī)硅、鋁合金等基礎(chǔ)材料，是光伏、半導(dǎo)體、有機(jī)硅、硅合金等下游產(chǎn)業(yè)的重要原料。
光伏行業(yè)用石英制品
石英是光伏行業(yè)的關(guān)鍵原材料之一，主要應(yīng)用形式有石英坩堝、石英管和各種石英器材。光伏行業(yè)的單晶硅和多晶硅都是高純物質(zhì)，這就要求與其配套的石英材料必須是高純的。
來(lái)源：Pixabay
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 32649-2016光伏用高純石英砂》規(guī)定了光伏用高純石英砂的技術(shù)要求，標(biāo)準(zhǔn)適用于光伏用高純石英砂，產(chǎn)品用于單晶硅、多晶硅光伏生產(chǎn)用的擴(kuò)散管、承載器及電弧法坩堝等石英制品。
其中，光伏用高純石英砂的粒徑應(yīng)在70μm~350μm范圍內(nèi)，且在該粒徑范圍的累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于或等于90%。粒徑小于100μm或大于300μm的累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)均應(yīng)小于1%；光伏用高純石英砂中二氧化硅含量應(yīng)大于或等于99.99%,灼燒失量應(yīng)小于或等于0.01%；光伏用高純石英砂雜質(zhì)元素總含量應(yīng)小于或等于25μg/g，其中鉀、鈉含量總和小于2.5μg/g。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 32649-2016光伏用高純石英砂》
各雜質(zhì)元素含量
石英坩堝具有耐高溫、使用時(shí)間長(zhǎng)、高純度等特點(diǎn)，是太陽(yáng)能拉制單晶硅棒的輔助性耗材。高純石英砂是石英坩堝核心原材料，其純度顯著影響拉晶效果。在光伏行業(yè)中，石英坩堝中雜質(zhì)元素含量過(guò)高時(shí)，石英坩堝在高溫狀態(tài)下容易析晶；Al含量過(guò)高時(shí)，會(huì)影響拉制單晶硅的純度；K、Na、Li等堿金屬元素含量超標(biāo)時(shí)，將導(dǎo)致石英坩堝的軟化點(diǎn)大幅下降，造成坩堝坍塌，使拉晶無(wú)法進(jìn)行。
來(lái)源：美晶新材
成都理工大學(xué)汪靈教授指出，通常來(lái)講，光伏石英坩堝用內(nèi)層砂的代表原料為美國(guó)北卡羅來(lái)納州Spruce Pine地區(qū)的花崗偉晶巖石英，其特點(diǎn)是w(SiO2)≥99.998%（4N8）且質(zhì)量穩(wěn)定。中層砂代表原料為印度等國(guó)進(jìn)口的脈石英A級(jí)礦，特點(diǎn)是w(SiO2)≥99.998%（4N8）。外層砂主要代表原料為印度等國(guó)進(jìn)口的質(zhì)量和穩(wěn)定性稍次的脈石英A級(jí)或接近A級(jí)的B級(jí)礦，特點(diǎn)是w(SiO2)≥99.995%（4N5）。
半導(dǎo)體行業(yè)用石英制品
芯片制造主要由單晶生長(zhǎng)、晶圓加工制造、集成電路晶圓的生產(chǎn)以及后期封裝四個(gè)部分組成。單晶生長(zhǎng)需要用到石英坩堝和石英器件。晶圓加工部分刻蝕、擴(kuò)散、氧化、退火等步驟中需要用到大量的輔材石英玻璃，如石英片、石英環(huán)、石英舟等高純度石英制品，其中擴(kuò)散步驟是在1000℃左右的石英爐管中將元素硼、磷等擴(kuò)散入硅片。
來(lái)源：凱德石英
半導(dǎo)體用透明石英玻璃管、棒雜質(zhì)含量要求
在半導(dǎo)體行業(yè)，石英坩堝對(duì)堿金屬和過(guò)渡金屬等雜質(zhì)含量有較高要求，堿金屬雜 質(zhì)會(huì)影響石英坩堝的熱學(xué)特性，降低石英制品的耐溫性，使其熔點(diǎn)降低，高溫性能變差；過(guò)渡金屬雜質(zhì)會(huì)降低導(dǎo)電性，縮減半導(dǎo)體的使用壽命，雜質(zhì)含量高還會(huì)產(chǎn)生氣泡和色斑等缺陷，降低石英坩堝的透明度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響石英坩堝成型。
地方標(biāo)準(zhǔn)《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定了電子專用材料單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝原輔材料的標(biāo)準(zhǔn)。
地方標(biāo)準(zhǔn)《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》
石英砂雜質(zhì)元素含量
由內(nèi)蒙古歐晶科技股份有限公司、江西中昱新材料科技有限公司、錦州佑鑫石英科技有限公司為主要起草單位編制的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定了半導(dǎo)體單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝主要原輔材料的標(biāo)準(zhǔn)。
《半導(dǎo)體單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》
石英砂雜質(zhì)元素含量
光學(xué)光源用石英制品
石英玻璃可用于制造顯微光學(xué)儀器或機(jī)械系統(tǒng)的透鏡、棱鏡、反射鏡等，也可用于制造高性能燈，如紫外燈、汞燈、鹵素氙燈和高強(qiáng)度放電燈。光源石英玻璃有很多種類別，其中有金鹵燈用低羥基管、濾紫外石英管(UV)、鹵鎢燈用石英玻璃、汞燈用使用玻璃、紅外加熱燈等。其中金鹵燈石英管是要求最高的石英玻璃，其羥基要求為1ppm~5ppm。
來(lái)源：石英股份
美國(guó)矽比科IOTA系列高純石英產(chǎn)品是目前全球生產(chǎn)石英玻璃的最優(yōu)質(zhì)原料，如IOTA STD、IOTA CG等“低等級(jí)”石英砂可以作為低膨脹系數(shù)、高透光度的電光源、照明設(shè)備的主要原料，用來(lái)生產(chǎn)高壓汞燈、鹵素?zé)簟⒆贤饩�殺菌燈以及特種光源用石英管棒等。
光纖行業(yè)用石英制品
來(lái)源：久智科技
光纖把持棒主要是在光纖預(yù)制棒和光纖拉絲過(guò)程中所使用的石英玻璃，是生產(chǎn)光纖預(yù)制棒所必須的消耗性材料。光纖產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，促進(jìn)了石英預(yù)制棒和把持棒產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)。光纖把持棒的石英玻璃因純度和羥基問(wèn)題，不能直接作為光纖預(yù)制棒或光纖套管進(jìn)行使用，因?yàn)榧兌群土u基會(huì)降低光纖信息傳輸率，一般預(yù)制棒和光纖套管會(huì)使用合成石英玻璃。
玻璃行業(yè)
玻璃行業(yè)是石英資源消費(fèi)量最大的領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、新能源等領(lǐng)域，玻璃行業(yè)主要產(chǎn)品類型有平板玻璃、器皿玻璃、鋼化玻璃、光伏玻璃、電子玻璃等。
來(lái)源：Pixabay
平板玻璃
目前我國(guó)制造平板玻璃、鋼化玻璃等常規(guī)玻璃所用石英資源要求較低，可從規(guī)模大易開(kāi)采加工的石英砂巖、石英巖等資源中獲得。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 529-2000平板玻璃用硅質(zhì)原料》中有關(guān)平板玻璃用石英砂的化學(xué)成分、粒度組成等指標(biāo)要求如下：
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 529-2000平板玻璃用硅質(zhì)原料》
平板玻璃用石英砂的工業(yè)指標(biāo)要求
日用玻璃
日用玻璃產(chǎn)品主要包括瓶罐玻璃、器皿玻璃、儀器玻璃和醫(yī)藥玻璃，為食品、釀酒、飲料、醫(yī)藥等行業(yè)提供各種包裝配套和滿足社會(huì)消費(fèi)需求。石英砂是日用玻璃配合料中用量較大的原料。
光伏玻璃
來(lái)源：福萊特
在選用原料方面，光伏玻璃使用的是超白石英砂，而國(guó)內(nèi)天然超白石英砂較為稀缺，僅安徽鳳陽(yáng)、湖南、廣東河源、廣西、海南等少數(shù)地區(qū)存有砂礦資源。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T2314-2015光伏玻璃用硅質(zhì)原料》
目前，太陽(yáng)能用玻璃國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為《GB/T 30984.1-2015》，其中規(guī)定，超白壓花玻璃Fe2O3含量應(yīng)不高于0.015%。當(dāng)前光伏玻璃用低鐵石英砂質(zhì)量要求的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為《JC/T2314-2015光伏玻璃用硅質(zhì)原料》，各個(gè)企業(yè)在執(zhí)行過(guò)程中有偏差。
石英砂形成過(guò)程中伴隨著大量的雜質(zhì)礦物，無(wú)法直接找到未經(jīng)處理就可以滿足光伏玻璃生產(chǎn)用的低鐵石英砂，加工后才能用于光伏玻璃的配料。光伏玻璃對(duì)石英砂的質(zhì)量要求主要體現(xiàn)在四方面：鐵含量、鈦含量、粒度、難熔重礦物。
光伏玻璃對(duì)石英砂的質(zhì)量要求
電子玻璃
電子玻璃產(chǎn)品包括高強(qiáng)蓋板玻璃、超薄觸摸屏玻璃、TFT-LCD玻璃基板等。其中，TFT-LCD玻璃基板是顯示面板的關(guān)鍵材料，主要用作薄膜晶體管（TFT）陣列的底板和彩色濾光片（CF）的底板。
來(lái)源：中研院
為了保證TFT-LCD玻璃基板化學(xué)成分的穩(wěn)定和避免有害雜質(zhì)元素的侵害，需對(duì)石英原料進(jìn)行選礦提純以控制Fe、K、Na等有害雜質(zhì)元素。石英原料粒度也是影響TFT-LCD玻璃基板質(zhì)量的重要指標(biāo)，主要是因?yàn)椴Ａ廴谫|(zhì)量與原料的粒度組成及粒徑大小相關(guān)，石英顆粒在無(wú)堿鋁硼硅酸鹽玻璃熔制過(guò)程中的溶解和擴(kuò)散是漸變的。根據(jù)硅酸鹽形成過(guò)程動(dòng)力學(xué)，石英顆粒在玻璃熔體中的溶解速度取決于其擴(kuò)散速度，而石英顆粒的擴(kuò)散面積與玻璃熔體的粘度決定了其擴(kuò)散速度，所以石英顆粒的粒徑越小，表面積就越大，擴(kuò)散面積就越大，則反應(yīng)活化能就越大，使得石英顆粒更容易參與到玻璃熔體的形成反應(yīng)過(guò)程中，將減少顆粒未完全熔融情況。因此，TFT-LCD玻璃基板需對(duì)石英原料粒度進(jìn)行嚴(yán)格控制。
凱盛石英材料（黃山有限公司）發(fā)布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/245400 KS 02-2020《TFT-LCD玻璃基板用高純石英粉》中對(duì)TFT-LCD玻璃基板用高純石英粉產(chǎn)品粒度指標(biāo)、化學(xué)成分指標(biāo)等進(jìn)行了規(guī)定。
粒度篩析指標(biāo)要求
激光粒度儀分析指標(biāo)要求
化學(xué)成分指標(biāo)要求
鑄造砂
天然硅砂是鑄造過(guò)程中最基礎(chǔ)、用量最大、最重要的原輔材料。近年來(lái)，我國(guó)原砂生產(chǎn)企業(yè)加大了對(duì)技術(shù)改造的投入，并向綜合性方向發(fā)展。產(chǎn)品品種日趨多樣化，水洗砂、擦洗砂、精選砂、覆膜砂等已能滿足我國(guó)鑄造生產(chǎn)發(fā)展的需要。鑄造用石英砂要求價(jià)廉易得、鑄型制造簡(jiǎn)便、具有高的耐火度和熱穩(wěn)定性，具有適宜的顆粒形狀和顆粒組成，不易被液態(tài)金屬潤(rùn)濕。
來(lái)源：Pixabay
鑄造用硅砂按照SiO2含量分級(jí)和各級(jí)的化學(xué)成分
鑄造用硅砂按含泥量分級(jí)
鑄造用硅砂各粒度組成的細(xì)粉含量
3D打印砂為鑄造型砂中較為特殊的型砂，隨著3D打印技術(shù)快速發(fā)展，是目前鑄造砂中用量增長(zhǎng)較快的新類型，3D打印砂通常要求石英顆粒強(qiáng)度高，SiO2≥90%，Al2O3≤10%，CaO+MgO<0.6%，Na2O+K2O<0.4%，含泥量≤0.2%，粒度0.053～0.3mm。
壓裂支撐劑
石英砂因自身硬度大、不易磨損、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且支撐劑價(jià)格相對(duì)低廉等性質(zhì)逐漸變成為油氣田壓裂工藝中主要使用的支撐劑之一，在壓裂作業(yè)起著不可替代的作用，在低閉合壓力的儲(chǔ)層有較好的增產(chǎn)效果，并在1500m的以下的淺井被廣泛使用。
來(lái)源：Pixabay
可以作為壓裂支撐劑的石英砂，其石英含量一般在80%左右，對(duì)于更為優(yōu)質(zhì)的石英砂來(lái)說(shuō)，石英含量甚至可以達(dá)到98%。中國(guó)天然石英砂支撐劑主要分布在新疆陸梁、蘭州安寧、寧夏青銅峽、河北圍場(chǎng)、內(nèi)蒙古赤峰和通遼等地，常見(jiàn)的粒徑規(guī)格為20/40目、30/50目、40/70目和70/140目。
石英砂支撐劑各指標(biāo)不同標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果評(píng)定對(duì)比
符合標(biāo)準(zhǔn)的石英砂支撐劑一般要具備：為了方便泵入地下，相對(duì)密度不能太大，一般認(rèn)為體積密度≤1.50g/cm3，視密度在2.5g/cm3即為密度較低水平；強(qiáng)度高，在高閉合壓力下的破碎率小；在高溫及化學(xué)環(huán)境中穩(wěn)定性好；圓球度好，在井下支撐裂縫時(shí)可以保持較好的空隙；價(jià)格便宜，原料來(lái)源廣，制備、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單等特征。
硅微粉是由天然石英或熔融石英經(jīng)破碎、球磨、浮選、酸洗提純、高純水處理等工序加工而成的微粉，具有硬度大、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫、絕緣和化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于覆銅板、環(huán)氧塑封料、涂料、建筑、電路板、陶瓷等領(lǐng)域。
來(lái)源：錦藝新材
優(yōu)質(zhì)的高純球形硅微粉多用于半導(dǎo)體、電子等封裝材料，這些產(chǎn)品要求純度高、放射性低、絕緣等特點(diǎn)，通常需要利用純度>99.99%的高純石英加工制備，并且對(duì)Th、U等要求嚴(yán)格。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《T GB/T 32661-2016 球形二氧化硅微粉》規(guī)定了球形硅微粉的物理指標(biāo)和化學(xué)成分要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于電子及電器工業(yè)中電子封裝料填料、覆銅板填充料等用球形二氧化硅微粉，其他用途球形二氧化硅微粉可參照本標(biāo)準(zhǔn)。
《GB/T 32661-2016 球形二氧化硅微粉》
球形二氧化硅微粉的物理指標(biāo)要求
《GB/T 32661-2016 球形二氧化硅微粉》
球形二氧化硅微粉的化學(xué)成分要求
石英石板材
來(lái)源：中旗新材
人造石英石板材具有耐磨、耐刮、耐熱、抗腐蝕等特點(diǎn)，并克服了天然石材不可再生、耐污性較差、可能存在放射性等缺點(diǎn)，具有零甲醛、無(wú)輻射、硬度適中、抗污性好、清潔環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，因而被廣泛應(yīng)用于櫥柜臺(tái)面、衛(wèi)生間臺(tái)面、吧臺(tái)等裝飾領(lǐng)域。
石英石板材對(duì)石英砂的質(zhì)量要求
人造石英石的填料主要是石英砂，由于石英砂的質(zhì)量對(duì)人造石英石板材的質(zhì)量有直接影響，因此生產(chǎn)高檔人造石英石板材原材料的選擇非常關(guān)鍵，主要是對(duì)白度、透度、雜質(zhì)、水分、顆粒級(jí)配等有要求。
石英玻璃纖維
來(lái)源：菲利華
石英玻璃纖維是由石英棒拉制而成，其特點(diǎn)有耐高溫絕緣、耐燒蝕、耐腐蝕、隔熱透波、優(yōu)良的介電性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用在軍工行業(yè)，神舟七號(hào)飛船中有使用石英玻璃纖維用于通信航天線罩和保護(hù)層，石英纖維可分9種石英新材料，包括超細(xì)石英纖維、高強(qiáng)可編石英纖維、新型連熔石英纖維等。
參考來(lái)源：
武志超.高純石英應(yīng)用及化學(xué)提純技術(shù)研究進(jìn)展
李作敏等.我國(guó)石英資源的開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)展
周全.石英砂提純及石英玻璃加工工藝的研究
李勇.石英砂（粉）原料對(duì)石英石板材質(zhì)量的影響
褚強(qiáng)等.石英產(chǎn)品的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用
王維康等.石英砂選礦主控因素及方法研究
胡曉宙.天然石英砂的應(yīng)用礦物學(xué)研究
宋攀等.石油壓裂支撐劑的研究進(jìn)展
宋恩鵬等.壓裂支撐劑國(guó)內(nèi)外檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比
李景等.國(guó)內(nèi)外碳化硅標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)分析
石鈺.高純石英砂的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 9442-2024鑄造用硅砂》
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 32649-2016光伏用高純石英砂》
地方標(biāo)準(zhǔn)《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》
《半導(dǎo)體單晶硅生長(zhǎng)用石英坩堝生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 529-2000 平板玻璃用硅質(zhì)原料》
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 32661-2016 球形二氧化硅微粉》
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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