習近平主席在中央經濟工作會議上講話，部署2021年經濟工作50件大事。其中要求增強產業鏈供應鏈自主可控能力，做到以下幾點：1、實施好關鍵核心技術攻關工程，盡快解決一批“卡脖子”問題；2、在產業優勢領域精耕細作，搞出更多獨門絕技；3、要實施好產業基礎再造工程，打牢基礎零部件、基礎工藝、關鍵基礎材料等基礎。
這其中所涉及的“核心技術、關鍵基礎材料......”，要想實現就不得不提到今天的主角——高純石英。
石英的工業應用與高純石英SiO2純度有著密切關系，天然水晶、石英巖、脈石英等經過精選和加工提純而成的SiO2含量≥99.9%的高純石英砂，是石英附加值應用領域。
高純石英與戰略性新興產業中新一代信息技術、新材料產業等九大領域中的八大領域具有密切的關聯性，是戰略性新興產業中重要的支撐材料。
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過一定的加工提純以后所獲得的產品。高純石英原料是指在當前技術條件下能夠加工出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、工業分類
目前，高純石英已在科技、工業和商業等領域廣泛使用，但對高純石英的定義并沒有統一的標準。《礦產資源工業要求手冊》(2014年修訂版)根據企業標準(QB/T2196-1996)，對玻璃工業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，該標準已經不適用于當前高新技術產業快速發展對于高純石英原料及其產品的應用需求。
表 1 玻璃工業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：規模大、品位高、品質好的高純石英礦床有3個基本地質條件：
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. 動定相宜的構造環境以提供大規模硅質運移通道、穩定的壓力-溫度和充分的高純石英結晶時間(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密切相關，并對高純石英原料的礦床地質特點進行了研究，認為獨特的石英礦床的地質作用導致石英動力學重結晶，石英顆粒的晶體塑性變形，晶體內空隙雜質沿著新形成的顆粒界限集中，與變形運動相隨的液體，有助于這些雜質的溶解和遷移，使雜質從重新結晶的石英顆粒中移出。
2、高純石英技術
高純石英技術包括原料選擇、加工工藝、加工裝備和質量檢測技術4方面內容。我國尚缺乏高純石英原料評價與選擇技術，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，原料中雜質元素含量高低與高純石英質量優劣并不是簡單對應關系，而是與原料工藝礦物學特征所決定的雜質可選性有關。近年來，我國在高純石英加工技術研究方面取得了初步成效，已經具備4N級別高純石英中端產品的批量生產能力，但加工技術、裝備由于起步較晚、技術保密等原因，與國際先進水平差距依然很大。
3、如何去雜質
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在石英顆粒內部呈浸染或透鏡狀態；
⑤以固溶體狀態存在于石英晶體內部；
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，選用以下不同選礦提純方法：
（1）篩分、分級（2）擦洗（3）化學酸浸（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
半導體、光通訊、光伏、光學、電光源等行業和領域是支撐戰略性新興產業發展的重要領域，是建設重大工程、改善民生、鞏固國防軍工的重要保障，在國民經濟建設中占有重要的地位，高純石英被廣泛應用在這些行業和領域中，是這些領域所需求的稀缺類共性高增值礦物資源。
在半導體晶圓制程工藝、刻蝕領域，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，航天航空領域等，均需要用到以高純石英為原料生產的石英玻璃坩堝、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品。
高純石英制品主要應用領域
04我國的高純石英現狀
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。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，中低端產品自給有余，部分出口，高端產品仍然依賴進口。據中國建筑玻璃與工業玻璃協會數據，我國石英產量逐年上升，2018年中國石英砂產量8255萬t，其中，普通石英砂產量3518萬t，精制石英砂產量3518萬t，普通高純石英砂(SiO2≥99.5%)產量達到636萬t，占比較低。國內石英砂加工廠的礦床成礦因素復雜，礦源純度較差，雖然石英含量高，但石英中存在流體雜質多、礦體規模小、礦石品質不穩定等缺點。國內目前只有石英股份具備規模化量產高純石英砂的技術能力。
2014—2018 年中國石英砂分品種產量圖( 萬 t)
近年來，我國在高純石英加工技術研究方面開展工作較多，初步具有4N高純石英中端產品的批量生產能力，但與國際先進水平的差距依然很大，高純石英產品仍不能滿足發展需求。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、出口量統計( 萬 t)
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