中國粉體網訊 2022年11月22-23日，由中國粉體網主辦的“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)內專家學者、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對成都理工大學汪靈教授的專訪。
“芯”勢力用中高端高純砂產品大有可為
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注，相關報道也是鋪天蓋地。
據(jù)汪教授介紹，石英（quartz）SiO2，是一種架狀結構的硅的氧化物，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）必需的關鍵基礎材料之一，在信息技術、新材料和新能源等戰(zhàn)略性新興產業(yè)中具有十分重要的地位和作用。
石英砂的工業(yè)應用和價格都與SiO2的純度有著密切的關系。汪教授分析說，目前，根據(jù)石英SiO2純度及其工業(yè)應用特點，可將石英及相關產品分為三大類：
w(SiO2)=99%±產品；
w(SiO2)=99%～99.9%產品；
w(SiO2)>99.9%產品。
而對于高純石英，在以往的低端、中端、高端產品，汪教授增加了一個中高端產品（4N5）類別。
高純石英產品分類與礦石原料品質要求
據(jù)汪教授分析，3N產品加工難度不大，利用一般的脈石英礦即可加工，目前已經國產化。4N產品礦產資源滿足的條件同樣比較多，也已國產化。4N5產品在高端覆銅板，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，或多或少會產生一些新的雜質。所以，若要保證最終的產品在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。
第二個前提是：加工的產品是砂，是有一定粒度的產品。而粒度是我們工業(yè)上應用的一個重要指標。石英砂粒度大的范圍上說一般是40-150目。有的產品可到200目，往上可在30目左右。而石英砂所含的一些雜質的尺寸大小是遠遠小于石英砂產品的粒度。
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)和總結出石英的提純定律，即：對于具有一定粒度的石英砂產品來說，任何一種石英礦都存在一定的提純加工局限性，在現(xiàn)有經濟技術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含量來界定純度和礦石的質量品級。石英中的雜質元素包括Al、B、Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、Fe、Mn、Cu、Cr、Ni等。這些雜質元素的賦存狀態(tài)，大概分為三種：
雜質礦物：薄膜狀金屬氧化物，粒內雜質礦物（礦物包裹體），粒間雜質礦物；
氣液包裹體：原生包裹體，次生包裹體；
類質同像：晶格質點替換元素，電荷補償元素。
據(jù)汪教授介紹，以上三類雜質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生機理。
天然石英礦中的雜質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包括：
雜質礦物：石英晶體粒內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：石英晶體內絕大多數(shù)＜10μm氣液包裹體。
類質同像：石英晶體晶格質點替換元素，如Al3+，F(xiàn)e3+，B3+，Ti4+，Ge4+和P5+等以類質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品等級相對應的4個等級，即：A級，又叫優(yōu)質礦或優(yōu)質原料，可用于提純加工SiO2純度4N8的高端高純石英砂產品；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�？梢哉f，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種雜質元素全部測完以后的純度，不能有人為取舍，產生誤導。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)脈石英礦產資源的高效利用，提高產品核心競爭力，占領該高新技術領域的制高點，都具有十分重要意義。目前，專利權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權的國產化千噸級高純石英砂高端產品科研生產線的建設工作。
（中國粉體網編輯整理/黑金）
