中國(guó)粉體網(wǎng)訊  上個(gè)世紀(jì)80年代以前，“高純石英”或“高純石英砂”這類(lèi)工業(yè)原料的概念尚未提出，隨著航天、半導(dǎo)體集成電路、光纖通訊和太陽(yáng)能光伏等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)品對(duì)石英砂的純度要求越來(lái)越高，逐漸出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)用于制造這些產(chǎn)品的高純石英砂。

1 尋找“高純石英原料”的歷程

高純石英一般選用天然水晶為原料，再經(jīng)過(guò)精選提純加工后，才能達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)要求。但是，在世界范圍內(nèi)，高品級(jí)石英原料緊缺，天然水晶儲(chǔ)量逐年減少，價(jià)格昂貴，并逐漸趨向枯竭。

1）國(guó)外：早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外就開(kāi)始研究利用石英砂制備高純石英砂的技術(shù)，美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在尋找替代水晶原料加工高純石英方面做了大量的研究工作，技術(shù)發(fā)展迅猛。例如，日本于20世紀(jì)90年代由Stato（1997）和Kemmochi（1999）分別從細(xì)粒偉晶巖中分離出透明的高純石英。德國(guó)和俄羅斯則在脈石英、變質(zhì)石英巖中尋找高純石英。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)PPCC公司在英國(guó)西北海岸Foxdale地區(qū)的花崗巖中提純石英，SiO₂含量達(dá)4N，F(xiàn)e雜質(zhì)小于1×10^-6，其他過(guò)渡元素小于5×10^-6，供應(yīng)西歐作為石英玻璃原料。

20世紀(jì)90年代，美國(guó)尤尼明公司在北卡羅來(lái)那州Spruce Pine地區(qū)的花崗巖中分選、提純出高純石英，其SiO₂含量達(dá)4N以上，純度最高者達(dá)5N以上，產(chǎn)品質(zhì)量能很好地滿足各種透明石英玻璃的要求。

2）國(guó)內(nèi)：20世紀(jì)80年代末以來(lái)，我國(guó)陸續(xù)開(kāi)始有替代天然水晶的研究工作報(bào)道，所采用的原料主要是SiO₂含量在2N左右的脈石英、石英巖和石英砂巖等，并普遍采用酸浸等方法加工高純石英。

早在20世紀(jì)90年代，有專(zhuān)家分別以蘄春脈石英、河北脈石英和東海脈石英為原料進(jìn)行了提純?cè)囼?yàn)，也有專(zhuān)家以安徽石英巖為原料進(jìn)行了試驗(yàn)，都取得了較為理想的提純效果。另有學(xué)者對(duì)比研究了新疆阿爾泰地區(qū)和美國(guó)Spruce Pine地區(qū)花崗偉晶巖礦床特征。

在尋求水晶替代原料的過(guò)程中，從最初的天然優(yōu)質(zhì)水晶，逐漸拓展到脈石英、石英巖和花崗偉晶巖等等，這類(lèi)能夠用于生產(chǎn)高純石英砂的天然石英礦物資源形成了以高新技術(shù)產(chǎn)品為應(yīng)用特點(diǎn)的“高純石英原料”。

2 何為“高純石英原料”？

1）“高純石英原料”概念的定義：指那些能被現(xiàn)有成熟的礦物加工技術(shù)將其SiO2純度提純至99.9%及以上的天然石英礦物資源，提純后的高純石英砂滿足現(xiàn)代高新產(chǎn)業(yè)使用效能的嚴(yán)格要求。

2）“高純石英原料”與“玻璃硅質(zhì)原料”的區(qū)別：玻璃硅質(zhì)原料主要用以生產(chǎn)平板玻璃和器皿玻璃，而高純石英原料是用于制造光纖、石英坩堝、石英玻璃、單晶硅和多晶硅等高新技術(shù)產(chǎn)品的一類(lèi)特殊石英資源。高純石英原料更符合現(xiàn)代高新產(chǎn)業(yè)對(duì)原料極高化學(xué)純度的特征要求。

3 “高純石英原料”有哪些特點(diǎn)？

1）資源類(lèi)型

高純石英原料資源類(lèi)型并不局限于由石英單一組成的天然礦物巖石，它的來(lái)源既包括地質(zhì)產(chǎn)出條件嚴(yán)苛的水晶，又包涵脈石英、石英巖、石英砂巖等，甚至可以從花崗偉晶巖等富石英礦物的巖石中獲取。不同成因類(lèi)型的石英原料性質(zhì)存在差異，應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。

2）加工技術(shù)

高純石英原料需經(jīng)過(guò)礦物加工技術(shù)處理，分離石英砂中的脈石礦物，富集純凈的石英顆粒，必要時(shí)還需對(duì)石英內(nèi)部的包裹體和類(lèi)質(zhì)同象形式的雜質(zhì)元素進(jìn)行破壞和去除，最終提純到目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)要求。

高純石英原料的提純潛力受礦石的化學(xué)成分、礦物組成、嵌布粒度和固結(jié)度等性質(zhì)的影響，提純產(chǎn)品的化學(xué)純度越高、價(jià)值越高，下游石英制品具有技術(shù)含量高、應(yīng)用領(lǐng)域尖端等特點(diǎn)。高純石英原料的加工過(guò)程具有原礦性質(zhì)影響大、產(chǎn)品純度高、應(yīng)用目的性強(qiáng)和易受污染等特點(diǎn)。

3）原料等級(jí)與市場(chǎng)價(jià)值

有國(guó)外學(xué)者根據(jù)石英原料中雜質(zhì)元素的含量高低，結(jié)合相應(yīng)礦床的規(guī)模大小和市場(chǎng)價(jià)格，將石英原料分為極高、超高、高、中等、普通、低這6個(gè)等級(jí)，但一般僅有人工合成的石英的純度才能達(dá)到極高和超高等級(jí)（<8μg·g^-1）。

目前，天然礦物巖石中提純的石英只能達(dá)到高等級(jí)，即高純石英砂市場(chǎng)上最純的產(chǎn)品（IOTA-8），雖然礦床規(guī)模小，但其石英砂產(chǎn)品的價(jià)格高達(dá)數(shù)百美元/噸。當(dāng)雜質(zhì)元素含量高于50μg·g^-1后，石英原料的儲(chǔ)量規(guī)模劇增，而石英砂的價(jià)格卻迅速下降。

小結(jié)

隨著工業(yè)需求的日益旺盛，高等級(jí)的石英原料儲(chǔ)量必將越來(lái)越少，加強(qiáng)對(duì)高純石英原料的評(píng)價(jià)將是未來(lái)高純石英產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。2019年10月30-31日，由中國(guó)粉體網(wǎng)在江蘇徐州主辦的“2019全國(guó)石英大會(huì)”上，來(lái)自西南科技大學(xué)的孫紅娟教授將會(huì)帶來(lái)題為《石英原料評(píng)價(jià)、選擇與尾渣綜合利用技術(shù)》的精彩報(bào)告，屆時(shí)歡迎全國(guó)的石英人參會(huì)探討交流石英原料的相關(guān)技術(shù)。

【專(zhuān)家簡(jiǎn)介】

孫紅娟，西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授，礦物加工工程專(zhuān)業(yè)教研室主任。研究領(lǐng)域包括：層狀結(jié)構(gòu)礦物晶體化學(xué)、新型礦物材料制備和應(yīng)用、固體廢棄物處理與資源化利用等。截至2015年末，孫紅娟教授已在國(guó)內(nèi)外知名學(xué)術(shù)刊物和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇，其中EI、SCI收錄50余篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利13項(xiàng)，已授權(quán)6項(xiàng)。

參考資料：

吳逍.高純石英原料選擇評(píng)價(jià)及提純工藝研究.西南科技大學(xué)

張大虎.以脈石英為原料加工5Ｎ高純石英的試驗(yàn)研究.成都理工大學(xué)