中國粉體網訊 合成SiO2和天然高純石英砂在應用當中有什么差異？合成SiO2未來會替代天然砂嗎？
以上問題的答案，對于業內大多數人而言并不是很清晰，中國粉體網小編近期就這個問題求教于各路專家，希望能逐漸揭示這一問題的本質。
首先，解答這一問題的關鍵點之一在于：高純石英砂的概念。
高純石英砂到底是什么？由中華人民共和國自然資源部中國地質調查局主管、中國地質圖書館主辦的科普類期刊《自然資源科普與文化》（2024年第3期）上，明確給出了高純石英的定義：
“高純石英（high-purity quartz），又稱高純石英砂。它是二氧化硅純度大于99.9%（3N）的石英砂系列產品總稱，其本質是一種石英晶體原材料，它以天然石英礦為原料，經提純加工而獲得，具有極高二氧化硅純度及一定粒度。”
而給出這一定義的正是礦物材料學的奠基之作《礦物材料學原理》一書的作者汪靈教授。在這一定義中，高純石英的三大特征包含其內。
高純石英特征之一：純度
高純石英產品的第一個特征，即最顯著特征是它們的SiO2純度高。實際上，石英的工業應用與SiO2的純度有著密切的關系。據汪靈教授介紹，在我國實際生產中，高純石英砂通常按用途分為拉管料、打砣料和坩堝料三大類系列產品，并根據二氧化硅純度或13種痕量雜質元素總量等技術指標進一步分為不同等級。
其中，拉管料、打砣料可分為一級品、二級品和三級品3個等級，分別相當于高純石英高端、中高端和中端產品，其主要技術指標通常要求二氧化硅純度（或雜質元素總量）分別為純度99.997%（總雜質≤30×10-6）、純度99.995%（總雜質≤50×10-6）、純度99.993%（總雜質≤70×10-6）。
而這里的高端、中高端、中端產品，按照汪靈教授的劃分方法，其SiO2純度及雜質元素總量分別如下：
（來源：汪靈教授）
高純石英特征之二：粒度
高純石英產品第二個重要特征是它們的粒度要求，即加工的產品是砂，是具有一定粒度的產品。
高純石英砂（圖源：專注石英科技創新58年的菲利華）
粒度作為高純石英一個重要指標，其粒度范圍一般是40～150目，具體粒度應根據工業應用確定。汪靈教授指出，高純石英主要產品不是“超細粉”，更不是“納米”顆粒。即使是用作加工包括球形硅微粉在內的各種超細的硅微粉原料，也是先提純加工成具有一定粒度的石英砂，然后進行超細粉碎和分級加工。
高純石英砂產品主要粒度范圍與工業應用特點
（來源：汪靈教授）
高純石英特征之三：物相
高純石英產品第三個重要特征是它們的物相為晶相，即它們都是結晶度非常高的石英單礦物晶體。鑒于高純石英高端產品（SiO2純度大于4N8）的制造難度，有人提出采用合成方法制備非晶態SiO2粉體進行替代的技術路線。汪靈教授認為，即使SiO2粉體的純度能達標，但其粒度、密度和硬度等也難以達到與高純石英及其加工產品（如球形硅微粉）一致的質量要求，因而并不具有高純石英及其加工產品相應的使用效能（如流動性和機械強度等）。
合成二氧化硅粉體（圖源：日本三菱化學）
采用人工合成方法制備的純度更高的石英玻璃，雖然適用于光纖制造，但在石英坩堝等其它工業應用領域中，不僅沒有價格優勢，并且由于采用SiCl4為原料和氫氣為燃料，在制備工藝中會產生羥基等雜質，限制了它在一些領域的應用。
因此，汪靈教授認為：從粒度特征、物相特征和使用效能上講，人工合成的非晶態SiO2粉體和石英玻璃都不屬于高純石英。
參考來源：
[1]汪靈教授：高純石英及其原料特點，2023 第七屆全國石英大會
[2]汪靈教授等：純凈勝瑾瑜 貴若冠上珠——解讀高純石英，自然資源科普與文化
（中國粉體網編輯整理/平安）
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