中國(guó)粉體網(wǎng)訊 高純石英砂廣泛用于電光源、光纖通信、太陽能電池、半導(dǎo)體集成電路、精密光學(xué)儀器、醫(yī)用器皿、航天航空等高科技行業(yè)，對(duì)一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展具有重要作用，是具有戰(zhàn)略性意義的資源。而受制于高品質(zhì)礦源，國(guó)內(nèi)高純石英砂市場(chǎng)在下游產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)下，處于供不應(yīng)求的狀況，市場(chǎng)長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷著。尤其近些年半導(dǎo)體、光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得高純石英砂供需矛盾凸顯，成為業(yè)內(nèi)熱議的話題，高純石英砂產(chǎn)業(yè)鏈備受業(yè)內(nèi)追捧。那么，高純石英砂到底是如何界定的？
來源：石英股份
標(biāo)準(zhǔn)的角度
目前國(guó)內(nèi)對(duì)于高純石英砂沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)界定。
湖南省曾于2016年公布地方標(biāo)準(zhǔn)DB43/T1167-2016高純（SiO2≥99.997%）石英砂，標(biāo)準(zhǔn)適用于以天然石英礦物為原料，經(jīng)酸浸、煅燒、水淬、烘干、粉碎、篩分、提純、色選、磁選等工序加工而成的石英砂。
產(chǎn)品按二氧化硅的含量分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)。并對(duì)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)做了如下要求。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T32649-2016光伏用高純石英砂于2016年11月1日開始實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)適用于光伏用高純石英砂，產(chǎn)品用于多晶硅、單晶硅光伏生產(chǎn)用的擴(kuò)散管、承載器及電弧法坩堝等石英制品。該標(biāo)準(zhǔn)從外觀、粒度、二氧化硅含量、雜質(zhì)元素含量等方面作出了如下技術(shù)要求。
此外，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T3328-2016電子產(chǎn)品用高純石英砂標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了電子產(chǎn)品的技術(shù)條件、分析方法通則、灼燒矢量的測(cè)定、二氧化硅的測(cè)定、鐵的測(cè)定、銅的測(cè)定、鉻的測(cè)定、鋁的測(cè)定以及鉛的測(cè)定。
其中，SJ/T3328.1-2016電子產(chǎn)品用高純石英砂第1部分技術(shù)條件適用于電子產(chǎn)品用高純石英砂，可用于制造半導(dǎo)體石英器件的管、棒、塊、板、片以及坩堝等器件。技術(shù)要求如下：
外觀：電子產(chǎn)品用高純石英砂為具有一定透明度的白色顆粒，應(yīng)無異色、肉眼可見的雜質(zhì)。
二氧化硅含量：應(yīng)符合表1規(guī)定。
粒度：粒徑應(yīng)在70μm～350μm。
雜質(zhì)元素含量：應(yīng)符合表2規(guī)定。
政策的角度
鑒于硅材料在現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)以及能源產(chǎn)業(yè)中的地位，以及在國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和支柱性產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)步過程中發(fā)揮的不可替代的作用，國(guó)家出臺(tái)了系列政策支持石英砂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是具有較高附加值及發(fā)展前景的高純石英砂。
工信部《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南（2017年）》中提出石英玻璃可持續(xù)制備技術(shù)的主要技術(shù)內(nèi)容包括：優(yōu)質(zhì)石英礦產(chǎn)開發(fā)技術(shù)；高純石英原料提純技術(shù)；高純石英原料粒度級(jí)配及形貌等與熔制工藝（電熔和氣煉等）適應(yīng)性技術(shù)等等。
《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》鼓勵(lì)信息、新能源、國(guó)防、航天航空等領(lǐng)域用高品質(zhì)人工晶體材料、制品和器件，功能性人造金剛石材料生產(chǎn)裝備技術(shù)開發(fā)；高純石英原料（純度大于等于99.999%）、半導(dǎo)體用高端石英坩堝、化學(xué)氣相合成石英玻璃等制造技術(shù)開發(fā)與生產(chǎn)；航天航空等領(lǐng)域所需的特種玻璃制造技術(shù)開發(fā)與生產(chǎn)；高純納米級(jí)球形硅微粉與高純工業(yè)硅的生產(chǎn)、應(yīng)用及其技術(shù)裝備開發(fā)與應(yīng)用。
《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2018年版）》提出高純石英砂，性能要求：Fe、Mn、Cr、Ni、Cu、Mg、Ca、Al、Na、Li、K、B共12種元素總含量＜6ppm。應(yīng)用領(lǐng)域：高品質(zhì)石英制品。
半導(dǎo)體用大尺寸高純石英擴(kuò)散管，規(guī)格：外徑300～400mm，偏壁厚≤0.6mm，金屬雜質(zhì)含量＜13ppm，長(zhǎng)期使用溫度：1150℃。應(yīng)用領(lǐng)域：半導(dǎo)體領(lǐng)域、集成電路。
半導(dǎo)體級(jí)電弧石英坩堝，規(guī)格：14~24寸；內(nèi)層純度：所有金屬雜質(zhì)含量＜12ppm；強(qiáng)度：1500度高溫變形率＜2%；壽命可達(dá)200小時(shí)。應(yīng)用領(lǐng)域：集成電路。
《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2019年版）》對(duì)高純石英砂、半導(dǎo)體用大尺寸高純石英擴(kuò)散管的性能要求與2018年版相同。光纖預(yù)制棒燒結(jié)用石英爐管，性能要求：外徑＞200mm，長(zhǎng)度＞2000mm，高溫區(qū)壁厚偏差±0.5mm，羥基含量<20ppm，金屬雜質(zhì)含量＜20ppm，高溫區(qū)域的部分應(yīng)能承受2000℃高溫。應(yīng)用領(lǐng)域：光纖預(yù)制棒制造。
《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2021年版）》沒有列舉高純石英砂，但對(duì)半導(dǎo)體用高純石英玻璃制品作出的性能要求是：
（1）石英擴(kuò)散管：外徑300～400mm，偏壁厚≤0.6mm，金屬雜質(zhì)含量＜13ppm；
（2）石英外管、內(nèi)管、工藝管、石英舟：羥基含量<30ppm，垂直度<1mm，管口平面度<0.1mm，壁厚偏差<0.5mm。
企業(yè)的角度
受業(yè)內(nèi)認(rèn)可的高純石英砂生產(chǎn)商主要有三家：美國(guó)尤尼明UNIMIN、挪威TQC以及國(guó)內(nèi)的石英股份。
美國(guó)的UNIMIN以Spruce Pine的花崗偉晶巖為原料提純高純石英砂，壟斷了80%的高純石英砂市場(chǎng)，是眾多高端石英玻璃材料企業(yè)的供應(yīng)商。產(chǎn)品主要有四種規(guī)格，即IOTA-CG、IOTA-4、IOTA-6、IOTA-8，被業(yè)內(nèi)視為標(biāo)準(zhǔn)。
挪威TQC，2011年，由IMERYS和NORSK MINERAL合資成立。有兩種規(guī)格：NC-4A和NC-4X，主要用來生產(chǎn)單晶硅拉制用石英玻璃坩堝。
UNIMIN和TQC產(chǎn)高純石英砂的雜質(zhì)元素含量（ppm）
南京大學(xué)和江蘇太平洋石英股份有限公司聯(lián)合研發(fā)的高純度石英砂項(xiàng)目，于2009年建成了年產(chǎn)9000噸的高純石英砂生產(chǎn)線，產(chǎn)品的純度超過了CG砂標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)石英股份2021年度報(bào)告，公司高純石英砂2021年銷售量23,611 噸，其中外銷部分14,067 噸，自用部分9,544噸。
半導(dǎo)體級(jí)高純石英砂
太陽能級(jí)高純石英砂
2014年石英股份首次公開發(fā)行股票招股意向書中提到高純石英砂為總體雜質(zhì)含量在22ppm以下，單類堿金屬（鉀、鈉、鋰）含量均小于1ppm的石英砂。
業(yè)內(nèi)專家的角度
國(guó)外學(xué)者主要根據(jù)石英中的有害元素含量對(duì)高純石英進(jìn)行分類。國(guó)內(nèi)一部分學(xué)者僅基于SiO2的純度對(duì)高純石英進(jìn)行分類；一部分學(xué)者則基于SiO2的純度和有害雜質(zhì)元素含量的上限對(duì)高純石英進(jìn)行分類。
陳培榮教授2017年在《高純石英砂的生產(chǎn)現(xiàn)狀和前景》報(bào)告中提出高純石英砂是指由天然石英礦物經(jīng)過一系列物理-化學(xué)提純技術(shù)生產(chǎn)的粒度集中分布在0.1~0.45mm的高純石英玻璃原料。國(guó)際公認(rèn)的高純石英砂是等于或高于UNIMIN公司IOTA-CG標(biāo)準(zhǔn)，即12種元素雜質(zhì)（Fe、Mn、Cr、Ni、Cu、Mg、Ca、Al、Na、Li、K、B）的總含量小于20ppm，其中堿金屬（K、Na、Li）分別小于1ppm。
汪靈教授等提出高純石英是SiO2純度大于99.9％的石英系列產(chǎn)品的總稱。其產(chǎn)品等級(jí)可按SiO2純度進(jìn)行劃分，即低端ｗ（SiO2）≥99.9％（3N），中端ｗ（SiO2）≥99.99％（4N），高端ｗ（SiO2）≥99.998％（4N8）；也可以按產(chǎn)品中Fe、Mn、Cr、Ni、Cu、Mg、Ca、Al、Na、Li、K、B、Ti等雜質(zhì)元素總量進(jìn)行劃分，即低端≤1000×10-6，中端≤100×10-6，高端≤20×10-6。每個(gè)等級(jí)的高純石英可按粒度分為40～80目、80～140目、80～200目、80～300目等品種。
侯清麟教授等認(rèn)為石英砂是一種半透明的硅酸鹽礦物，其主要成分是 SiO2，當(dāng)SiO2含量高于99.99%時(shí)稱其為高純石英砂。
縱觀國(guó)內(nèi)對(duì)高純石英砂的研究，業(yè)內(nèi)對(duì)普通石英砂與高純石英砂的SiO2純度的下限、有害元素的類別及含量上限的確定尚有分歧。尤其是近年來，新興起的光伏玻璃、Low-E玻璃、超白浮法玻璃等新型玻璃產(chǎn)業(yè)，降低了對(duì)SiO2的純度要求。而且不同雜質(zhì)元素對(duì)石英性能的影響不同，如Al影響石英中的光傳導(dǎo)速率，F(xiàn)e、Mn 等金屬元素降低石英的光透過率，P和 B含量過高的石英不能用于光伏產(chǎn)業(yè)。由于不同產(chǎn)業(yè)需要不同質(zhì)量的石英，使得高純石英砂質(zhì)量沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)合不同的角度，小編認(rèn)為狹義上來說（拋開化學(xué)合成法），高純石英砂是由天然石英礦物經(jīng)研磨、分級(jí)、重選、磁選、浮選、酸浸、高溫氯化焙燒等工序加工而成的石英砂。
從外觀上，應(yīng)該是具有一定透明度的白色顆粒，無異色。從粒度上，40-160目。從純度上，SiO2含量高于99.99%。Fe、Mn、Cr、Ni、Cu、Mg、Ca、Al、Na、Li、K、B、Ti雜質(zhì)元素總含量小于22ppm，其中堿金屬（K、Na、Li）分別小于1ppm。
參考資料：
王自國(guó).我國(guó)高純石英產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局思考
李光惠等.高純石英原料作為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的分析及建議
侯清麟等.高純石英砂制備技術(shù)研究現(xiàn)狀
汪靈等.中國(guó)高純石英技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展前景
王九一.全球高純石英原料礦的資源分布與開發(fā)現(xiàn)狀
陳培榮.高純石英砂的生產(chǎn)現(xiàn)狀和前景
石英股份、工信部、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)等
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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