一文帶你讀懂高純石英——2021年中國經濟50件大事的關鍵之一
石英的工業應用與高純石英SiO2純度有着密切關係，天然水晶、石英岩、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，是石英附加值最高應用領域。
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。
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什麼是高純石英
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後所獲得的產品。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
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並沒有統一的國家標準。《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，該標準已經不適用於當前高新技術產業快速發展對於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
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如何獲取高純石英
1、高純石英礦牀需要滿足哪些條件？
研究表明：規模大、品位高、品質好的高純石英礦牀有3個基本地質條件：a. 硅源充足；b. 無同期金屬礦牀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-温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，並對高純石英原料的礦牀地質特點進行了研究，認為獨特的石英礦牀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，晶體內空隙雜質沿着新形成的顆粒界限集中，與變形運動相隨的液體，有助於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，對於高純石英原料選擇還存在較大的盲目性，以往認為SiO2純度高低是製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並不是簡單對應關係，而是與原料工藝礦物學特徵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、裝備由於起步較晚、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
1一般鐵在石英礦中以以下常見的六種形式存在：以細微粒狀賦存在粘土或高嶺土化的長石中；以氧化鐵薄膜形式附着於石英顆粒表面；鐵礦物或含鐵礦物；在石英顆粒內部呈浸染或透鏡狀態；以固溶體狀態存在於石英晶體內部；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石英礦中的鋁雜質主要以長石，雲母和粘土礦物的形式存在，對於粘土礦物，採用擦洗和分級脱泥方法即可除去。而對於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。最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：高温真空法；高温摻雜提純法；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
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，在國民經濟建設中佔有重要的地位，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。
高純石英制品主要應用領域
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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，巴西是全球第一大資源量國，2019年資源量為2111 萬 t，在全球中佔比 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 , 在全球中仍佔比 25.0%，礦石類型主要為花崗岩石英，分佈在北卡羅來納州 SprucePine 地區。加拿大位列全球第三，2019年資源量為1 000 萬 t，佔比 13.72%，礦石類型主要為脈石英。
我國高純石英資源匱乏，需求絕大部分依賴進口，自2008年至2014年，高純石英查明資源儲量有所減少，由7348.83t減少到7319.45t。我國用於製備高純石英原料主要為天然水晶和脈石英，截至2017年底，天然水晶資源資源儲量為0.69萬t，目前已幾近枯竭，主要分佈在四川、廣西、貴州、黑龍江等地區。
全球生產 SiO2 含量≥ 99.9% 高純石英砂的國家主要有美國、中國、挪威、加拿大、俄羅斯、巴西等國。2019 年美國產量 65.52 萬 t，佔比全球產量的 53.00%，中國產量 23.7 萬 t，佔比全球產量的19.17%。目前，全球的產能 173.14 萬 t/ 年，其中美國產能 95.23 萬 t/ 年，中國產能 27 萬 t/ 年。
2我國高純石英供需情況
我國是高純石英消費大國，中低端產品自給有餘，部分出口，高端產品仍然依賴進口。據中國建築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，精製石英砂產量3518萬t，普通高純石英砂(SiO2≥99.5%)產量達到636萬t，佔比較低。國內石英砂加工廠的礦牀成礦因素複雜，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。
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，進口量遠大於出口量，主要進口國為韓國、德國、馬來西亞、美國、日本、挪威等國家。
3高純石英是高端產業需求的稀缺類礦物資源，我國高純石英對外依存度高，應進行高純石英資源安全戰略研究。應借鑑發達國家經驗，提出關鍵礦產或戰略性非金屬礦產目錄清單，將高純石英納入清單，從政策法規和國家戰略層面，在高純石英找礦勘查、加工工藝、產業發展等方面給予有力支持。
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