中國粉體網(wǎng)訊  2022年11月22-23日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2022第六屆全國石英大會”于江蘇徐州成功召開。會議期間，我們邀請到業(yè)內(nèi)專家學(xué)者、優(yōu)秀企業(yè)代表做客“對話”欄目，圍繞“高效利用 高端突破”主題，進行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網(wǎng)對成都理工大學(xué)汪靈教授的專訪。

“芯”勢力用中高端高純砂產(chǎn)品大有可為

石英砂是重要的工業(yè)礦物原料，用途廣泛。近年來光伏的火熱使得石英砂備受關(guān)注，相關(guān)報道也是鋪天蓋地。

據(jù)汪教授介紹，石英（quartz）SiO₂，是一種架狀結(jié)構(gòu)的硅的氧化物，α-石英（低溫石英，三方晶系）和β-石英（高溫石英，六方晶系）的總稱。

石英砂是石英礦物原料加工所得的產(chǎn)品，依據(jù)純度，有玻璃工業(yè)用石英砂、硅微粉、高純石英砂等。其中高純石英砂是指二氧化硅含量在3個9以上的石英礦物原料產(chǎn)品。SiO₂純度≥99.998%（4N8）的高端高純石英是芯片發(fā)展（晶圓制造與芯片封裝等）必需的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料之一，在信息技術(shù)、新材料和新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有十分重要的地位和作用。

石英砂的工業(yè)應(yīng)用和價格都與SiO₂的純度有著密切的關(guān)系。汪教授分析說，目前，根據(jù)石英SiO₂純度及其工業(yè)應(yīng)用特點，可將石英及相關(guān)產(chǎn)品分為三大類：

w(SiO₂)=99%±產(chǎn)品；

w(SiO₂)=99%～99.9%產(chǎn)品；

w(SiO₂)>99.9%產(chǎn)品。

而對于高純石英，在以往的低端、中端、高端產(chǎn)品，汪教授增加了一個中高端產(chǎn)品（4N5）類別。

高純石英產(chǎn)品分類與礦石原料品質(zhì)要求

據(jù)汪教授分析，3N產(chǎn)品加工難度不大，利用一般的脈石英礦即可加工，目前已經(jīng)國產(chǎn)化。4N產(chǎn)品礦產(chǎn)資源滿足的條件同樣比較多，也已國產(chǎn)化。4N5產(chǎn)品在高端覆銅板，尤其是芯片封裝用硅微粉方面大有作為，所以建議做一個品種的劃分。這是對高純石英砂產(chǎn)品的一個新認識。汪教授表示盡管這種高端的硅微粉最終的二氧化硅純度并不是很高，在3個9左右，但這是最終產(chǎn)品，期間陸續(xù)有若干道超細、球化、分級等工藝，或多或少會產(chǎn)生一些新的雜質(zhì)。所以，若要保證最終的產(chǎn)品在3個9左右，原料沒有4個9.5以上是很難做到的，因為不污染是不可能的。

石英礦提純加工存在一定的局限性

在問及石英是否存在一定的提純定律時，汪教授表示石英的提純定律存在兩個前提。

一個前提是：目前的提純都是以天然石英礦物資源來加工的。目前主要礦物工業(yè)類型有7種：天然水晶、石英砂巖、石英巖、粉石英、脈石英、天然石英砂、花崗偉晶巖石英。既然是天然形成的，或多或少的都會存在一定的雜質(zhì)。

第二個前提是：加工的產(chǎn)品是砂，是有一定粒度的產(chǎn)品。而粒度是我們工業(yè)上應(yīng)用的一個重要指標。石英砂粒度大的范圍上說一般是40-150目。有的產(chǎn)品可到200目，往上可在30目左右。而石英砂所含的一些雜質(zhì)的尺寸大小是遠遠小于石英砂產(chǎn)品的粒度。

汪教授通過長期的大量的石英提純加工實驗研究，發(fā)現(xiàn)和總結(jié)出石英的提純定律，即：對于具有一定粒度的石英砂產(chǎn)品來說，任何一種石英礦都存在一定的提純加工局限性，在現(xiàn)有經(jīng)濟技術(shù)條件下都有一個提純極限值。換句話說，一個石英礦能夠加工什么純度的石英砂產(chǎn)品是天生注定的。

正確認識“純度”，有針對性的開展工作

目前，對于石英的純度和品級很難通過原礦直接測定，一般是通過檢測原礦提純前后的雜質(zhì)含量來界定純度和礦石的質(zhì)量品級。石英中的雜質(zhì)元素包括Al、B、Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、Fe、Mn、Cu、Cr、Ni等。這些雜質(zhì)元素的賦存狀態(tài)，大概分為三種：

雜質(zhì)礦物：薄膜狀金屬氧化物，粒內(nèi)雜質(zhì)礦物（礦物包裹體），粒間雜質(zhì)礦物；

氣液包裹體：原生包裹體，次生包裹體；

類質(zhì)同像：晶格質(zhì)點替換元素，電荷補償元素。

據(jù)汪教授介紹，以上三類雜質(zhì)中都有一部分是可分離提純的，這就是石英提純加工可能性的理論依據(jù)；有一部分是不可分離提純的，這也是石英提純加工局限性或石英提純定律的產(chǎn)生機理。

天然石英礦中的雜質(zhì)類型及其可提純加工性

其中，石英砂不可提取或者說比較難提取的雜質(zhì)包括：

雜質(zhì)礦物：石英晶體粒內(nèi)礦物包裹體或礦物嵌入體，以及石英晶體顆粒之間不能夠解離的礦物顆粒物。

氣液包裹體：石英晶體內(nèi)絕大多數(shù)＜10μm氣液包裹體。

類質(zhì)同像：石英晶體晶格質(zhì)點替換元素，如Al³⁺，F(xiàn)e³⁺，B³⁺，Ti⁴⁺，Ge⁴⁺和P⁵⁺等以類質(zhì)同像的形式與硅氧四面體中的Si⁴⁺發(fā)生元素替換。

在本次江蘇徐州石英大會上，汪教授帶來一個最新的重要研究成果是，發(fā)現(xiàn)了石英的提純定律及其產(chǎn)生機理。正是由于石英的提純定律的存在，可根據(jù)提純加工效果對高純石英原料進行品級劃分，并將高純石英原料可劃分為與高純石英砂系列產(chǎn)品等級相對應(yīng)的4個等級，即：A級，又叫優(yōu)質(zhì)礦或優(yōu)質(zhì)原料，可用于提純加工SiO₂純度4N8的高端高純石英砂產(chǎn)品；B級，又叫上等礦或上等原料，可用于提純加工SiO₂純度4N5的中高端高純石英砂產(chǎn)品；C級，又叫中等礦或中等原料，可用于提純加工SiO₂純度4N的中端高純石英砂產(chǎn)品；D級，又叫下等礦或下等原料，可用于提純加工SiO₂純度3N的低端高純石英砂產(chǎn)品。

了解高純石英原料純度和品級劃分，有利于正確認識自家石英礦的價值和高效開發(fā)利用。可以說，一個石英礦在開發(fā)利用前，如果能夠事先知道能夠加工什么品級的石英原材料產(chǎn)品，對每一個石英礦或企業(yè)來說都是十分重要的。

在訪談中，汪教授特別提請大家注意的是，對于高純石英的純度一定是Al、B、Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、Fe、Mn、Cu、Cr、Ni等13種雜質(zhì)元素全部測完以后的純度，不能有人為取舍，產(chǎn)生誤導(dǎo)。汪教授表示，高純石英看似簡單，但其礦床工業(yè)類型比較多、雜質(zhì)的狀態(tài)也比較多、又有砂這種粒度的限制，所以相對來說還是挺復(fù)雜的，進入這個行業(yè)也相對困難。如何針對礦石的特點，在細節(jié)上、配方上、酸濃度上、工藝參數(shù)上等針對性的工作，是有一定講究的。

今年，汪教授帶領(lǐng)研究團隊完成的高純石英新材料加工成套科技成果（國家發(fā)明專利），通過掛牌交易方式以525萬元高價成交。這對于企業(yè)脈石英礦產(chǎn)資源的高效利用，提高產(chǎn)品核心競爭力，占領(lǐng)該高新技術(shù)領(lǐng)域的制高點，都具有十分重要意義。目前，專利權(quán)人國大新材在該成套專利科技成果的支撐下，開展具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化千噸級高純石英砂高端產(chǎn)品科研生產(chǎn)線的建設(shè)工作。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）