习近平主席在中央经济工作会议上讲话，部署2021年经济工作50件大事。其中要求增强产业链供应链自主可控能力，做到以下几点：1、实施好关键核心技术攻关工程，尽快解决一批“卡脖子”问题；2、在产业优势领域精耕细作，搞出更多独门绝技；3、要实施好产业基础再造工程，打牢基础零部件、基础工艺、关键基础材料等基础。
这其中所涉及的“核心技术、关键基础材料......”，要想实现就不得不提到今天的主角——高纯石英。
石英的工业应用与高纯石英SiO2纯度有着密切关系，天然水晶、石英岩、脉石英等经过精选和加工提纯而成的SiO2含量≥99.9%的高纯石英砂，是石英附加值应用领域。
高纯石英与战略性新兴产业中新一代信息技术、新材料产业等九大领域中的八大领域具有密切的关联性，是战略性新兴产业中重要的支撑材料。
01什么是高纯石英
1、高纯石英原料
高纯石英是天然石英原料经过一定的加工提纯以后所获得的产品。高纯石英原料是指在当前技术条件下能够加工出Al、Fe、Li、Ca、Mg、K、Na、Ti、Cu、Mn、Co、Ni、B等13种有害元素总含量<50μg/g；SiO2含量≥99.99%(即≥4N)的天然石英原料，如水晶、脉石英。
2、工业分类
目前，高纯石英已在科技、工业和商业等领域广泛使用，但对高纯石英的定义并没有统一的标准。《矿产资源工业要求手册》(2014年修订版)根据企业标准(QB/T2196-1996)，对玻璃工业和化工用的高纯石英砂和超纯石英砂进行了划分(表1)。显然，该标准已经不适用于当前高新技术产业快速发展对于高纯石英原料及其产品的应用需求。
表 1 玻璃工业和化工用石英砂分级标准
02如何获取高纯石英
1、高纯石英矿床需要满足哪些条件？
研究表明：规模大、品位高、品质好的高纯石英矿床有3个基本地质条件：
a. 硅源充足；
b. 无同期金属矿床伴生以保证硅源和矿石的纯度；
c. 动定相宜的构造环境以提供大规模硅质运移通道、稳定的压力-温度和充分的高纯石英结晶时间(P-T-t)以及足够的成矿空间。
美国尤尼明公司认为高纯石英的提纯极限与其原料的品质密切相关，并对高纯石英原料的矿床地质特点进行了研究，认为独特的石英矿床的地质作用导致石英动力学重结晶，石英颗粒的晶体塑性变形，晶体内空隙杂质沿着新形成的颗粒界限集中，与变形运动相随的液体，有助于这些杂质的溶解和迁移，使杂质从重新结晶的石英颗粒中移出。
2、高纯石英技术
高纯石英技术包括原料选择、加工工艺、加工装备和质量检测技术4方面内容。我国尚缺乏高纯石英原料评价与选择技术，对于高纯石英原料选择还存在较大的盲目性，以往认为SiO2纯度高低是制备高纯石英至关因素的观点造成了人力、物力的较大浪费，实践证明，原料中杂质元素含量高低与高纯石英质量优劣并不是简单对应关系，而是与原料工艺矿物学特征所决定的杂质可选性有关。近年来，我国在高纯石英加工技术研究方面取得了初步成效，已经具备4N级别高纯石英中端产品的批量生产能力，但加工技术、装备由于起步较晚、技术保密等原因，与国际先进水平差距依然很大。
3、如何去杂质
1除铁
一般铁在石英矿中以以下常见的六种形式存在：
①以细微粒状赋存在粘土或高岭土化的长石中；
②以氧化铁薄膜形式附着于石英颗粒表面；
③铁矿物或含铁矿物；
④在石英颗粒内部呈浸染或透镜状态；
⑤以固溶体状态存在于石英晶体内部；
⑥破碎磨矿过程中会混入一定量的次生铁。
针对不同形式的铁杂质，选用以下不同选矿提纯方法：
（1）筛分、分级（2）擦洗（3）化学酸浸（4）浮选法（5）重选、磁选（6）微生物浸除法。
2除铝
石英矿中的铝杂质主要以长石，云母和粘土矿物的形式存在，对于粘土矿物，采用擦洗和分级脱泥方法即可除去。而对于以长石形式存在的含铝矿物，与石英的有效分离一直以来是选矿界的难点，尤其是长石和石英的分离。因为二者同属架状硅酸盐矿物，物理性质极其相似，用重选和磁选无法将其分离。有效的方法是浮选法，在深度提纯时也使用混合酸浸出法。
（1）有氟浮选法（2）无氟浮选法（3）氯化焙烧
其他提纯工艺有 ：高温真空法；高温掺杂提纯法；煅烧-酸淬法；微波爆裂法；
超声波分散提纯法；高压静电分离；辐照色选法等。
高纯石英矿处理流程图
03高纯石英的用途
半导体、光通讯、光伏、光学、电光源等行业和领域是支撑战略性新兴产业发展的重要领域，是建设重大工程、改善民生、巩固国防军工的重要保障，在国民经济建设中占有重要的地位，高纯石英被广泛应用在这些行业和领域中，是这些领域所需求的稀缺类共性高增值矿物资源。
在半导体晶圆制程工艺、刻蚀领域，太阳能电池片制程扩散、PE工艺，电光源中的超高压投影灯、毛细管灯及影院灯等特种照明材料，航天航空领域等，均需要用到以高纯石英为原料生产的石英玻璃坩埚、锭材、管材、棒材、板材、各种器皿和器件以及石英玻璃纤维和织物等产品。
高纯石英制品主要应用领域
04我国的高纯石英现状
1、全球高纯石英资源概况
按照能够加工成 SiO2 含量≥ 99.9% 高纯石英砂的资源统计，巴西是全球资源量大国，2019年资源量为2111 万 t，在全球中占比 28.97%，矿石类型主要为天然水晶。美国是第二大资源量国，2014 年资源量为2563 万 t，2019 年资源量为1822万 t，减少 741 万 , 在全球中仍占比 25.0%，矿石类型主要为花岗岩石英，分布在北卡罗来纳州 SprucePine 地区。加拿大位列全球第三，2019年资源量为1 000 万 t，占比 13.72%，矿石类型主要为脉石英。
2012 ～ 2019 年高纯石英原料资源储量情况
2、我国高纯石英供需情况
我国是高纯石英消费大国，中低端产品自给有余，部分出口，高端产品仍然依赖进口。据中国建筑玻璃与工业玻璃协会数据，我国石英产量逐年上升，2018年中国石英砂产量8255万t，其中，普通石英砂产量3518万t，精制石英砂产量3518万t，普通高纯石英砂(SiO2≥99.5%)产量达到636万t，占比较低。国内石英砂加工厂的矿床成矿因素复杂，矿源纯度较差，虽然石英含量高，但石英中存在流体杂质多、矿体规模小、矿石品质不稳定等缺点。国内目前只有石英股份具备规模化量产高纯石英砂的技术能力。
2014—2018 年中国石英砂分品种产量图( 万 t)
近年来，我国在高纯石英加工技术研究方面开展工作较多，初步具有4N高纯石英中端产品的批量生产能力，但与国际先进水平的差距依然很大，高纯石英产品仍不能满足发展需求。2018年高纯石英(SiO2＞99.99%的硅)进口量14万t，出口量仅0.18万t，进口量远大于出口量，主要进口国为韩国、德国、马来西亚、美国、日本、挪威等地。
2009—2018 年我国含硅量≥99.99% 的硅( HS28046190) 进、出口量统计( 万 t)
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