中國粉體網(wǎng)訊 隨著碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略的貫徹實施，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入快車道。無論是光伏行業(yè)坩堝用高純石英砂，還是光伏超白玻璃用低鐵石英砂，其市場需求都迎來了爆發(fā)式的增長。整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈對高品質(zhì)石英礦源，石英原料深加工技術(shù)的需求也顯得更為迫切。2023年4月21日，第一屆光伏行業(yè)用石英砂技術(shù)與市場交流大會在安徽鳳陽隆重召開，會議期間，我們邀請到了業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對話欄目，進(jìn)行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網(wǎng)對我國礦物材料學(xué)及石英原材料行業(yè)的知名專家、成都理工大學(xué)汪靈教授的專訪。
巨著出版，助力中國非金屬礦產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
近日，由國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金資助、地質(zhì)出版社出版的《礦物材料學(xué)原理》一經(jīng)面世，便在非金屬礦行業(yè)內(nèi)引起了強(qiáng)烈反響和高度好評。本書是迄今為止國內(nèi)外第一部關(guān)于礦物的材料屬性與應(yīng)用的基礎(chǔ)性、實用性和系統(tǒng)性理論著作，也是一本非金屬礦產(chǎn)資源高效開發(fā)利用的實用工具書。我國礦物學(xué)泰斗、中國科學(xué)院院士葉大年研究員在該書序言中寫道：“本書是關(guān)于礦物材料學(xué)的集大成之作，填補(bǔ)了礦物材料學(xué)的系統(tǒng)性理論研究空白，豐富和發(fā)展了礦物學(xué)，對于礦物材料學(xué)具有奠基性意義。”
據(jù)了解，該書第一次印刷版在預(yù)售期間就全部售罄，為滿足大家需要又進(jìn)行了第二印刷，這在學(xué)術(shù)著作出版發(fā)行中是罕見的。該書作者成都理工大學(xué)汪靈教授，在接受中國粉體網(wǎng)記者獨家專訪時，分享了他寫作該書的心路歷程。
汪靈教授告訴我們，寫作這樣一本書是他一輩子想做的一件事情，而促使汪教授能耗費數(shù)十年之功完成這樣一本巨著的動力之一，便是其博士生導(dǎo)師葉大年院士對他的殷切期望：寫一本好書，是一個科學(xué)家一生的奮斗目標(biāo)之一。
人生的目標(biāo)，往往離不開時代的背景。上個世紀(jì)八十年代初，由于歷史原因，我國經(jīng)濟(jì)落后、百廢待興，在非金屬礦工業(yè)領(lǐng)域，我國雖然非金屬礦產(chǎn)資源非常豐富，但開發(fā)利用卻極為落后。因此，老一輩的科學(xué)家大聲呼吁要重視非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，提出要“迎接新石器時代的挑戰(zhàn)”，那個時候剛大學(xué)畢業(yè)并且攻讀非金屬礦產(chǎn)地質(zhì)與勘查專業(yè)的汪靈深受鼓舞，下定決心要一生致力于我國非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用。
2002年開始，國家在中國地質(zhì)大學(xué)、成都理工大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、中南大學(xué)四所大學(xué)首批設(shè)立了礦物材料學(xué)博士點，博士點設(shè)立以后，涉及到教學(xué)和教材，也就是從那個時候開始，汪靈教授感覺到了寫這本書的重要性和緊迫性，并開始著手準(zhǔn)備相關(guān)的國內(nèi)外資料。
在談及科研的選題方向時，汪靈教授特別提到了中央所提出的四個面向：面向國際前沿、面向國民經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場、面向國家的重大需求和面向人民生命健康。而《礦物材料學(xué)原理》這本書之所以能夠在非金屬礦行業(yè)引起熱烈反響，汪靈教授認(rèn)為正是由于這本書的主題是面向我國對非金屬礦產(chǎn)資源高效開發(fā)利用的迫切需要，同時也面向了國家對礦物功能材料的重大需求。
長期以來，人們對礦物的研究主要集中在其資源屬性方面，隨著人類社會對礦產(chǎn)資源的需求日益增大，以及對材料性能的要求不斷提高，礦物材料屬性逐漸進(jìn)入人們的視野，并越來越受到重視。然而迄今為止，國內(nèi)外還沒有一部關(guān)于礦物材料學(xué)的系統(tǒng)性理論著作問世。礦物材料學(xué)是誕生于中國的一門新興的綜合性的交叉學(xué)科，《礦物材料學(xué)原理》的出版，對我國非金屬礦產(chǎn)資源的高效開發(fā)利用，對加強(qiáng)礦物功能材料的研究與應(yīng)用，以及高層次人才培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)等方面都具有重大的意義。
心系非礦，推動戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)擴(kuò)容
近些年，戰(zhàn)略性礦產(chǎn)、關(guān)鍵礦產(chǎn)等概念逐漸被人們所了解，一方面是國家層面的高度重視，另一方面是學(xué)術(shù)界的大力推動。在采訪中，汪靈教授告訴中國粉體網(wǎng)記者，戰(zhàn)略性礦產(chǎn)是指對國家的經(jīng)濟(jì)、國防和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要的礦產(chǎn)資源，或者并同時是我國有資源優(yōu)勢、可以調(diào)控國際市場的礦產(chǎn)資源（可卡別人脖子），或者并同時是我國資源短缺、存在較大安全隱患的礦產(chǎn)資源（可被別人卡脖子）。
非金屬礦產(chǎn)資源現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、建筑、機(jī)械、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥等行業(yè)，并越來越多地被用于國防、航天、通信等高科技領(lǐng)域，在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中具有十分重要的作用。隨著非金屬礦產(chǎn)的物理和化學(xué)新性質(zhì)不斷研究與發(fā)現(xiàn)，以非金屬礦產(chǎn)為主要原料的礦物功能材料等新應(yīng)用不斷拓展，在國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中正發(fā)揮著越來越重要的作用。
作為《礦產(chǎn)保護(hù)與利用》戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)專輯的唯一特約主編，汪靈教授根據(jù)我國非金屬礦產(chǎn)資源在國家經(jīng)濟(jì)安全、國防安全和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要作用，結(jié)合礦產(chǎn)資源的保障能力與特色，并根據(jù)前人的研究結(jié)果，在與國內(nèi)同行專家討論和交流基礎(chǔ)上，建議將磷礦、鉀鹽、螢石、石墨、石英、高嶺土、葉蠟石、膨潤土、凹凸棒石、海泡石、硅藻土、重晶石、硼礦、鋰礦、鋯英石等15種礦產(chǎn)列為我國在當(dāng)前和今后一段時期內(nèi)的戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)，而此前相關(guān)政策文件僅把磷、鉀鹽、晶質(zhì)石墨、螢石等４種非金屬礦產(chǎn)列入了戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄。
對于礦產(chǎn)資源開發(fā)，汪靈教授始終有個觀點：礦產(chǎn)資源有許多是不可再生的，老天只給了我們這一次機(jī)會，因此，我們要高效利用，從而實現(xiàn)它的有效保護(hù)，否則就可能出現(xiàn)好礦低用。汪靈教授用石英舉例說明，比如有一些石英礦產(chǎn)資源是很好的，但是我們卻把它用到很低端的用途中，這是一個很大的浪費。汪靈教授特別提醒，我們做礦產(chǎn)資源一定時刻要有環(huán)境意識和資源保護(hù)意識，這樣才能符合國家現(xiàn)在的開發(fā)利用的要求。
高屋建瓴，奠定高純石英應(yīng)用的理論基礎(chǔ)
據(jù)汪靈教授介紹，高純石英是石英玻璃、硅材料及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于電子信息、光伏、光通信和電光源等行業(yè)，其中，SiO2純度≥99.998%（4N8）的高純石英高端產(chǎn)品不僅是一種新材料和礦物功能材料，而且是半導(dǎo)體、光伏、電子信息和高端電光源等生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，也是我國芯片發(fā)展（晶圓制造與芯片封裝等）不可或缺的關(guān)鍵材料之一，在電子信息、新材料和新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以及國防軍工、國家安全中具有非常重要的作用和地位。因此，汪靈教授認(rèn)為高純石英應(yīng)用前景非常廣闊，并在高純石英系統(tǒng)性理論研究方面取得令人矚目的成果。
第一，高純石英的概念與產(chǎn)品等級分類
汪靈教授根據(jù)研究結(jié)果，明確了高純石英的概念：高純石英是SiO2純度大于99.9%的石英砂系列產(chǎn)品的總稱，其本質(zhì)是以天然石英礦為原料經(jīng)提純加工獲得的具有極高SiO2純度且具有一定粒度的石英晶體原材料，其概念應(yīng)同時具備純度、粒度和礦物相三個特征。
他根據(jù)我國行業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用實際情況，提出了高純石英產(chǎn)品等級分類：首先根據(jù)我國高純石英產(chǎn)品產(chǎn)生及應(yīng)用情況，按SiO2純度將高純石英產(chǎn)品分為4個等級：高端ω(SiO2) ≥99.998%（4N8），中高端ω(SiO2) ≥99.995%（4N5），中端ω(SiO2) ≥99.99%（4N），低端ω(SiO2) ≥99.9%（3N）。其中ω(SiO2)≥99.998%（4N8）的高純石英高端產(chǎn)品是一種關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、新材料和礦物功能材料。
第二，石英的提純定律與高純石英原料品級劃分
據(jù)汪靈教授分析，天然石英礦中都存在雜質(zhì)礦物、氣液包裹體和類質(zhì)同像替代等三類雜質(zhì)，其中：有一部分是可分離提純的，這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，這就是石英提純加工局限性的產(chǎn)生機(jī)理。
據(jù)此，汪靈教授清晰地提出了石英的提純定律：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(jì)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。
汪靈教授根據(jù)提純加工效果對高純石英原料進(jìn)行品級劃分，并將高純石英原料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。
第三，高純石英四大技術(shù)是有機(jī)整體
大概在十多年以前，國內(nèi)在面對高純石英高端產(chǎn)品“卡脖子“問題時，大多是認(rèn)為國內(nèi)礦石提純的技不如人。汪靈教授經(jīng)過多年系統(tǒng)的研究之后發(fā)現(xiàn)，并在當(dāng)時首次提出了這樣的觀點：高純石英技術(shù)應(yīng)該包括礦石的評價遴選技術(shù)、提純技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化裝備技術(shù)和檢測技術(shù)四大方面，它是一個有機(jī)的整體，既相互獨立，又相互聯(lián)系和相互制約。因此，發(fā)展我國高純石英技術(shù)是一項系統(tǒng)工程，僅僅從某個方面努力是難以達(dá)到效果的。并首先明確指出，其中以高純石英原料的識別、評價與遴選技術(shù)最為關(guān)鍵。
高純石英加工技術(shù)的特殊性決定了高純石英加工生產(chǎn)裝備要求很高，研發(fā)適用特殊工藝條件下的安全、環(huán)保、節(jié)能、高效的生產(chǎn)裝備至關(guān)重要。由于高純石英的戰(zhàn)略地位非常重要，其高端產(chǎn)品的加工技術(shù)被美國、德國等所壟斷，并限制技術(shù)和產(chǎn)品出口，不可能進(jìn)口其生產(chǎn)線，因此汪靈教授建議，要實現(xiàn)我國高純石英高端產(chǎn)品國產(chǎn)化，必須加強(qiáng)高純石英加工裝備技術(shù)研究。
同時，在檢測技術(shù)方面，汪靈教授指出，對于石英的SiO2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SiO2純度和礦石的質(zhì)量品級。國內(nèi)檢測技術(shù)總體而言還沒有很好的統(tǒng)一，（雜質(zhì)）沒測全、測不準(zhǔn)的問題容易引起行業(yè)的一些亂象。
第四，解決高純石英“卡脖子”問題的關(guān)鍵所在
在談及當(dāng)下高純石英高端產(chǎn)品的“卡脖子”問題時，汪靈教授一針見血地指出，我國4N8高純石英高端產(chǎn)品未能國產(chǎn)化的根本原因是，迄今為止還沒有找到能夠穩(wěn)定滿足工業(yè)生產(chǎn)需要的高純石英優(yōu)質(zhì)原料。因此，發(fā)現(xiàn)能夠穩(wěn)定滿足工業(yè)生產(chǎn)需要的高純石英優(yōu)質(zhì)原料（汪靈教授稱之為“A級礦”）是重點努力方向，這也是解決我國4N8高純石英高端產(chǎn)品“卡脖子”問題的關(guān)鍵所在。
高純石英原料的來源主要分為水晶、脈石英和花崗偉晶巖三種。水晶礦床一般規(guī)模較小，目前主要用作工藝品原料�，F(xiàn)階段，國內(nèi)高純石英資源的找礦方向主要側(cè)重于脈石英。那么，國內(nèi)花崗偉晶巖石英找礦及開發(fā)利用進(jìn)展如何呢？
本次采訪中，汪靈教授指出，美國尤尼明公司和挪威石英公司生產(chǎn)的高純石英高端系列產(chǎn)品能獲得國際壟斷地位的根本原因，是擁有世界上迄今為止唯一發(fā)現(xiàn)的獨特的高純石英優(yōu)質(zhì)原料——花崗偉晶巖石英。
來自Spruce Pine的IOTA®白崗巖
汪靈教授介紹說，偉晶巖型石英已引起國內(nèi)的關(guān)注，并在新疆阿爾泰、北秦嶺等地區(qū)的找礦方面取得初步進(jìn)展。在開發(fā)利用方面，有人以北秦嶺偉晶巖石英為原料，采用破碎、篩分、浮選、高溫焙燒、水淬和熱壓酸浸等方法，制備出4N高純石英砂；以河南某地花崗偉晶巖為原料，采用粗碎、煅燒水淬、細(xì)碎、磁選、浮選和酸浸等方法，制備出4N5高純石英砂。
同時，汪靈教授還指出，我國并不缺少中低端高純石英生產(chǎn)的原料，極為稀缺的是能夠加工4N8高純石英高端產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料。根據(jù)汪靈教授的研究結(jié)果，盡管天然水晶和脈石英可作為加工高純石英的原料，但是能夠提純加工4N8高純石英高端產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料也只是其中的極個別。汪靈教授由此推斷，能夠成為4N8高純石英高端產(chǎn)品的花崗偉晶巖石英優(yōu)質(zhì)原料，也應(yīng)當(dāng)是眾多礦床或礦點中的極個別。
汪靈教授認(rèn)為，我們的任務(wù)不僅僅是要發(fā)現(xiàn)這片森林，我們更重要的是要在這片森林中去發(fā)現(xiàn)那棵參天大樹，這個參天大樹就是其中能夠做高端產(chǎn)品的那個礦點，雖然有一定難度，但是經(jīng)過國內(nèi)同行的齊心努力，不光是在脈石英方面有可能取得突破，在花崗偉晶巖石英方面也同樣有可能突破，我們中國人最終一定能夠解決這個問題。
末尾的話：企業(yè)應(yīng)實事求是、量力而行
近兩年，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，光伏用高純石英高端產(chǎn)品的價格也在不斷的攀升，從而讓產(chǎn)業(yè)界、資本界的眾多人士趨之若鶩。汪靈教授建議，企業(yè)不一定都要去做高端產(chǎn)品。因為，各種等級的高純石英產(chǎn)品都有它們的應(yīng)用領(lǐng)域和市場需求，例如中高端、中低端產(chǎn)品也可用于芯片封裝、覆銅板、拉管、耐火材料等，畢竟用于光伏石英坩堝的4N8高端產(chǎn)品只占我國高純石英市場的25%左右。汪靈教授建議企業(yè)根據(jù)自己礦的特點和優(yōu)勢有針對性的去做，才能生產(chǎn)出市場需要的高附加值產(chǎn)品。
有礦或有目標(biāo)礦，這是第一步，否則就如同無米之炊。有了礦，需要知道自己的礦是什么，能做什么。也就是需要明確石英的礦床工業(yè)類型，大致了解石英礦的品級還有對應(yīng)的高純石英產(chǎn)品的等級。據(jù)汪靈教授介紹，按照今天的技術(shù)手段，是可以比較準(zhǔn)確地評價出來企業(yè)的礦能夠做什么，然后再根據(jù)市場的情況有針對性的進(jìn)行生產(chǎn)。企業(yè)只有實事求是、量力而行、尊重科學(xué)，才可能少走彎路。否則，如果企業(yè)盲目的以為自己的石英礦什么都能做，甚至只想做用于石英坩堝的4N8高純石英高端產(chǎn)品，就會造成費時、費力、費資金的現(xiàn)象。
（中國粉體網(wǎng)采訪、編輯/平安；經(jīng)汪教授審閱）
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