中國粉體網(wǎng)訊  上個世紀80年代以前，“高純石英”或“高純石英砂”這類工業(yè)原料的概念尚未提出，隨著航天、半導體集成電路、光纖通訊和太陽能光伏等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，相關高新技術產(chǎn)品對石英砂的純度要求越來越高，逐漸出現(xiàn)了專門用于制造這些產(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)過精選提純加工后，才能達到質量指標要求。但是，在世界范圍內，高品級石英原料緊缺，天然水晶儲量逐年減少，價格昂貴，并逐漸趨向枯竭。

1）國外：早在20世紀70年代，國外就開始研究利用石英砂制備高純石英砂的技術，美國、德國、日本等發(fā)達國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，技術發(fā)展迅猛。例如，日本于20世紀90年代由Stato（1997）和Kemmochi（1999）分別從細粒偉晶巖中分離出透明的高純石英。德國和俄羅斯則在脈石英、變質石英巖中尋找高純石英。

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

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

2）國內：20世紀80年代末以來，我國陸續(xù)開始有替代天然水晶的研究工作報道，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90年代，有專家分別以蘄春脈石英、河北脈石英和東海脈石英為原料進行了提純試驗，也有專家以安徽石英巖為原料進行了試驗，都取得了較為理想的提純效果。另有學者對比研究了新疆阿爾泰地區(qū)和美國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程中，從最初的天然優(yōu)質水晶，逐漸拓展到脈石英、石英巖和花崗偉晶巖等等，這類能夠用于生產(chǎn)高純石英砂的天然石英礦物資源形成了以高新技術產(chǎn)品為應用特點的“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)使用效能的嚴格要求。

2）“高純石英原料”與“玻璃硅質原料”的區(qū)別：玻璃硅質原料主要用以生產(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產(chǎn)品的一類特殊石英資源。高純石英原料更符合現(xiàn)代高新產(chǎn)業(yè)對原料極高化學純度的特征要求。

3 “高純石英原料”有哪些特點？

1）資源類型

高純石英原料資源類型并不局限于由石英單一組成的天然礦物巖石，它的來源既包括地質產(chǎn)出條件嚴苛的水晶，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。不同成因類型的石英原料性質存在差異，應用領域也有所不同。

2）加工技術

高純石英原料需經(jīng)過礦物加工技術處理，分離石英砂中的脈石礦物，富集純凈的石英顆粒，必要時還需對石英內部的包裹體和類質同象形式的雜質元素進行破壞和去除，最終提純到目標應用領域的工業(yè)要求。

高純石英原料的提純潛力受礦石的化學成分、礦物組成、嵌布粒度和固結度等性質的影響，提純產(chǎn)品的化學純度越高、價值越高，下游石英制品具有技術含量高、應用領域尖端等特點。高純石英原料的加工過程具有原礦性質影響大、產(chǎn)品純度高、應用目的性強和易受污染等特點。

3）原料等級與市場價值

有國外學者根據(jù)石英原料中雜質元素的含量高低，結合相應礦床的規(guī)模大小和市場價格，將石英原料分為極高、超高、高、中等、普通、低這6個等級，但一般僅有人工合成的石英的純度才能達到極高和超高等級（<8μg·g^-1）。

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

小結

隨著工業(yè)需求的日益旺盛，高等級的石英原料儲量必將越來越少，加強對高純石英原料的評價將是未來高純石英產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢之一。2019年10月30-31日，由中國粉體網(wǎng)在江蘇徐州主辦的“2019全國石英大會”上，來自西南科技大學的孫紅娟教授將會帶來題為《石英原料評價、選擇與尾渣綜合利用技術》的精彩報告，屆時歡迎全國的石英人參會探討交流石英原料的相關技術。

【專家簡介】

孫紅娟，西南科技大學環(huán)境與資源學院教授，礦物加工工程專業(yè)教研室主任。研究領域包括：層狀結構礦物晶體化學、新型礦物材料制備和應用、固體廢棄物處理與資源化利用等。截至2015年末，孫紅娟教授已在國內外知名學術刊物和學術會議上發(fā)表學術論文150余篇，其中EI、SCI收錄50余篇，申請發(fā)明專利13項，已授權6項。

參考資料：

吳逍.高純石英原料選擇評價及提純工藝研究.西南科技大學

張大虎.以脈石英為原料加工5Ｎ高純石英的試驗研究.成都理工大學