中國粉體網(wǎng)訊  合成SiO₂和天然高純石英砂在應(yīng)用當中有什么差異？合成SiO₂未來會替代天然砂嗎？

以上問題的答案，對于業(yè)內(nèi)大多數(shù)人而言并不是很清晰，中國粉體網(wǎng)小編近期就這個問題求教于各路專家，希望能逐漸揭示這一問題的本質(zhì)。

首先，解答這一問題的關(guān)鍵點之一在于：高純石英砂的概念。

高純石英砂到底是什么？由中華人民共和國自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局主管、中國地質(zhì)圖書館主辦的科普類期刊《自然資源科普與文化》（2024年第3期）上，明確給出了高純石英的定義：

“高純石英（high-purity quartz），又稱高純石英砂。它是二氧化硅純度大于99.9%（3N）的石英砂系列產(chǎn)品總稱，其本質(zhì)是一種石英晶體原材料，它以天然石英礦為原料，經(jīng)提純加工而獲得，具有極高二氧化硅純度及一定粒度。”

而給出這一定義的正是礦物材料學(xué)的奠基之作《礦物材料學(xué)原理》一書的作者汪靈教授。在這一定義中，高純石英的三大特征包含其內(nèi)。

高純石英特征之一：純度

高純石英產(chǎn)品的第一個特征，即最顯著特征是它們的SiO₂純度高。實際上，石英的工業(yè)應(yīng)用與SiO₂的純度有著密切的關(guān)系。據(jù)汪靈教授介紹，在我國實際生產(chǎn)中，高純石英砂通常按用途分為拉管料、打砣料和坩堝料三大類系列產(chǎn)品，并根據(jù)二氧化硅純度或13種痕量雜質(zhì)元素總量等技術(shù)指標進一步分為不同等級。

其中，拉管料、打砣料可分為一級品、二級品和三級品3個等級，分別相當于高純石英高端、中高端和中端產(chǎn)品，其主要技術(shù)指標通常要求二氧化硅純度（或雜質(zhì)元素總量）分別為純度99.997%（總雜質(zhì)≤30×10^-6）、純度99.995%（總雜質(zhì)≤50×10^-6）、純度99.993%（總雜質(zhì)≤70×10^-6）。

而這里的高端、中高端、中端產(chǎn)品，按照汪靈教授的劃分方法，其SiO₂純度及雜質(zhì)元素總量分別如下：

（來源：汪靈教授）

高純石英特征之二：粒度

高純石英產(chǎn)品第二個重要特征是它們的粒度要求，即加工的產(chǎn)品是砂，是具有一定粒度的產(chǎn)品。

高純石英砂（圖源：專注石英科技創(chuàng)新58年的菲利華）

粒度作為高純石英一個重要指標，其粒度范圍一般是40～150目，具體粒度應(yīng)根據(jù)工業(yè)應(yīng)用確定。汪靈教授指出，高純石英主要產(chǎn)品不是“超細粉”，更不是“納米”顆粒。即使是用作加工包括球形硅微粉在內(nèi)的各種超細的硅微粉原料，也是先提純加工成具有一定粒度的石英砂，然后進行超細粉碎和分級加工。

高純石英砂產(chǎn)品主要粒度范圍與工業(yè)應(yīng)用特點

（來源：汪靈教授）

高純石英特征之三：物相

高純石英產(chǎn)品第三個重要特征是它們的物相為晶相，即它們都是結(jié)晶度非常高的石英單礦物晶體。鑒于高純石英高端產(chǎn)品（SiO₂純度大于4N8）的制造難度，有人提出采用合成方法制備非晶態(tài)SiO2粉體進行替代的技術(shù)路線。汪靈教授認為，即使SiO₂粉體的純度能達標，但其粒度、密度和硬度等也難以達到與高純石英及其加工產(chǎn)品（如球形硅微粉）一致的質(zhì)量要求，因而并不具有高純石英及其加工產(chǎn)品相應(yīng)的使用效能（如流動性和機械強度等）。

合成二氧化硅粉體（圖源：日本三菱化學(xué)）

采用人工合成方法制備的純度更高的石英玻璃，雖然適用于光纖制造，但在石英坩堝等其它工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，不僅沒有價格優(yōu)勢，并且由于采用SiCl4為原料和氫氣為燃料，在制備工藝中會產(chǎn)生羥基等雜質(zhì)，限制了它在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。

因此，汪靈教授認為：從粒度特征、物相特征和使用效能上講，人工合成的非晶態(tài)SiO2粉體和石英玻璃都不屬于高純石英。

參考來源：

[1]汪靈教授：高純石英及其原料特點，2023 第七屆全國石英大會

[2]汪靈教授等：純凈勝瑾瑜 貴若冠上珠——解讀高純石英，自然資源科普與文化

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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