中國粉體網(wǎng)訊 由中國粉體網(wǎng)主辦的“2025國際硅材料產(chǎn)業(yè)展覽會”于4月23-25日在南京國際博覽中心成功舉辦。展會期間，我們邀請到中科院合肥物質(zhì)科學研究院蔣雪松 博士做客“對話”欄目，聊一聊高純石英的原料礦石鑒定及高純石英制備工藝與裝備。
中國粉體網(wǎng)：蔣博士，您鑒定一個石英礦石是否適合做高純石英砂的方法是什么？步驟有哪些？
蔣博士：高純石英砂的標準與應(yīng)用領(lǐng)域密切相關(guān)，不同應(yīng)用場景對材料性能存在顯著差異：例如，光伏坩堝用高純石英砂除了對Al、Li、Na、K等金屬元素要求不能超標外，還需要求控制高純石英砂的氣液包裹體和羥基含量，不能使石英坩堝出現(xiàn)氣泡或不透明層，以避免高溫拉晶過程中產(chǎn)生氣泡缺陷；又例如半導(dǎo)體用高純石英砂除常見金屬元素外，還需嚴格限制鈾、釷等放射性元素含量（達到ppb級別）。因此，石英礦石的鑒定需遵循“應(yīng)用導(dǎo)向、系統(tǒng)評估”的原則，按應(yīng)用場景去評估石英礦石。
以光伏坩堝用高純石英砂為例：一般鑒定礦石分為四個方面，形貌觀察、純度檢測、透明層檢測、拉晶測試。首先，鑒定石英礦石要考慮的是雜質(zhì)含量達標，即達到高純的要求，一般要求是Al、Fe、Li、Na、K、Ca、Mg、Mn、Cu、Cr、Ni、B、Ti等13種雜質(zhì)元素總含量不超過20ppm，同時對Al、Li、Na、K等關(guān)鍵元素又有單獨要求；然后，通過氣液包裹體檢測、羥基檢測、熔制石英坩堝檢測等方式驗證該種高純石英砂是否符合光伏石英坩堝要求，即達到對透明層的要求；最后，下游客戶對石英坩堝實際使用端口的數(shù)據(jù)，是檢驗該高純石英砂是否達標的最主要條件。
需要強調(diào)的是，鑒定一款石英礦石是否能做高純石英砂，或適用于什么領(lǐng)域？我們需要遵循“礦石檢測-提純工藝開發(fā)-產(chǎn)品驗證”的整體思路，首先明確純度、氣液包裹體含量等數(shù)據(jù)，然后針對原礦設(shè)定提純工藝流程，最后將高純石英砂作為下游產(chǎn)品（如石英坩堝、石英砣、石英管等）進行驗證。
中國粉體網(wǎng)：美國尤尼明高純石英提純工藝中，經(jīng)常被提到它的浮選工藝和氯化焙燒工藝，這兩種工藝的原理是什么，以及實踐應(yīng)用中的挑戰(zhàn)有哪些？
蔣博士：浮選工藝主要用于分離石英與伴生礦物（如長石、云母、電氣石等）。浮選原理是基于礦物顆粒本身或藥劑表面改性后的疏水性差異，使疏水性顆粒隨氣泡上浮出浮選槽，而親水性顆粒留在浮選槽底部，從而達到分離目標礦物和脈石礦物的目的。
實踐應(yīng)用中的挑戰(zhàn)包括：首先是原料復(fù)雜性，不同礦源的脈石礦物類型（如鐵質(zhì)、黏土礦物）差異顯著，需定制化藥劑體系，工藝參數(shù)調(diào)整較難，甚至同種類不同批次礦石也存在差異，需要實時觀察優(yōu)化浮選工藝參數(shù)；其次是脈石礦物多樣性，石英砂原砂中常含有長石、云母、電氣石以及金屬氧化礦等多種脈石礦物，這需要通過礦石性質(zhì)、脈石含量等制定合理浮選工藝參數(shù)，達到高效且低成本的浮選效果；最后還要考慮浮選的環(huán)保壓力，在產(chǎn)品合格的前提下，盡量減少浮選藥劑的用量和浮選次數(shù)，加大綠色浮選工藝的研發(fā)力度。
氯化焙燒工藝是高溫（≥1000℃）焙燒過程中，在氯化劑（Cl₂、HCl）作用下使部分金屬雜質(zhì)（如Na、K、Fe等）形成低熔點、易揮發(fā)、易溶于水等特點的氯化物，從而隨氣體排除達到除雜的目的。
實踐應(yīng)用中的挑戰(zhàn)包括：首先是氯化除雜有針對性，去除Na、K、Fe等效果較好，而對于Al、Ti、Ca等常見易超標元素去除效果不佳；其次是設(shè)備與工藝復(fù)雜性，氯化需要耐高溫（≥1000℃）且抗氯腐蝕的石英管反應(yīng)器，石英管易損壞，設(shè)備維護成本高。同時氯化劑進氣量和尾氣吸收量需嚴格控制，保證除雜達標且避免殘留；最后就是設(shè)備產(chǎn)量低、氯化能耗成本較大，需要設(shè)備廠家研發(fā)優(yōu)化更加高效的氯化設(shè)備。
中國粉體網(wǎng)：高純石英產(chǎn)業(yè)化中，國產(chǎn)裝備方面，您認為是否能夠滿足工藝的需要？
蔣博士：在高純石英產(chǎn)業(yè)化裝備領(lǐng)域，國產(chǎn)設(shè)備已基本實現(xiàn)基礎(chǔ)工藝覆蓋，能夠滿足高純石英砂工藝生產(chǎn)需要。由于高純石英砂高純度的特點，為避免引入雜質(zhì)，一些傳統(tǒng)石英砂加工設(shè)備不能用于高純砂的生產(chǎn)。目前高純石英產(chǎn)業(yè)化設(shè)備存在自動化不足的問題，需要人工參與的步驟較多，該方面需要進一步優(yōu)化。希望設(shè)備廠商能夠進一步研發(fā)適合生產(chǎn)高純石英砂的高效、環(huán)保、創(chuàng)新型的設(shè)備。
中國粉體網(wǎng)：您作為玖曦硅業(yè)的聯(lián)合創(chuàng)始人，能否簡單介紹一下貴公司的高純砂生產(chǎn)及市場情況。
蔣博士：玖曦硅業(yè)作為高純石英材料領(lǐng)域的創(chuàng)新驅(qū)動型企業(yè)，我們始終聚焦光伏及半導(dǎo)體兩大核心應(yīng)用場景，致力于打造國產(chǎn)高端石英材料的自主化解決方案。公司依托自主研發(fā)的高純石英砂制備技術(shù)體系，重點攻克光伏坩堝內(nèi)層材料與半導(dǎo)體級石英坩堝原料兩大技術(shù)堡壘，現(xiàn)已構(gòu)建從基礎(chǔ)研發(fā)、工藝開發(fā)到規(guī)�；a(chǎn)的全產(chǎn)業(yè)鏈能力。
在技術(shù)創(chuàng)新層面，我們團隊通過持續(xù)工藝革新與裝備升級，已突破高純石英砂制備關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，相關(guān)核心技術(shù)已申請了7項發(fā)明專利，實現(xiàn)了從原料選礦、提純工藝到專用設(shè)備的全鏈條自主知識產(chǎn)權(quán)布局。特別值得一提的是，基于中科院合肥物質(zhì)科學研究院和合肥綜合性國家科學中心的支持，我們建成了行業(yè)領(lǐng)先的提純與檢測實驗室，通過實驗室小樣提純分析、產(chǎn)線半成品實時檢測構(gòu)建全過程質(zhì)量追溯系統(tǒng)，確保產(chǎn)品生產(chǎn)的實時品控。
市場開拓方面，我們目前在光伏坩堝內(nèi)層石英砂領(lǐng)域獲得了4-5家頭部企業(yè)的長期訂單。目前我們的產(chǎn)能是一個月200噸內(nèi)層砂，今年下半年會擴產(chǎn)能至400噸/月。半導(dǎo)體級石英砂也送了多家頭部企業(yè)進行認證。
未來，玖曦硅業(yè)將持續(xù)加大研發(fā)投入，重點突破提純設(shè)備自動化攻關(guān)和超高純石英砂制備技術(shù)，同時深化與下游戰(zhàn)略客戶的協(xié)同創(chuàng)新，力爭成為全球高端石英材料市場的核心供應(yīng)商。
中國粉體網(wǎng)：國內(nèi)高純石英高端產(chǎn)品被國外卡脖子，有人說是我們“技不如人”，也有人說是“礦不如人”，您怎樣看制約我國高純石英產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸因素？
蔣博士：在提純技術(shù)方面，當前國內(nèi)并非缺乏基礎(chǔ)提純技術(shù)原理認知，真正的短板在于工藝工程化能力。我認為不是技不如人，高純石英砂生產(chǎn)技術(shù)門檻不高，基本原理比較容易掌握。但是需要注意兩個問題，一個是“動態(tài)工藝參數(shù)”，因為石英礦組成復(fù)雜，不同種或不同批原料所含雜質(zhì)有差異，這需要根據(jù)原礦情況去制定特定的提純工藝，包括工藝參數(shù)（如焙燒溫度、酸浸配比、浮選藥劑等）和工藝流程順序等；另一個是“過程質(zhì)量控制”，高純石英砂雜質(zhì)為ppm級別，極易受到污染，因此需要嚴格要求每一流程質(zhì)量管控、流程銜接時質(zhì)量管控等，杜絕產(chǎn)品出現(xiàn)間歇性批次不穩(wěn)定現(xiàn)象。
在石英礦石方面，矽比科和挪威TQC的北卡羅來納州的斯普魯斯派恩（Spruce Pine）礦區(qū)石英質(zhì)量是毋庸置疑的，該石英礦的雜質(zhì)含量和氣液包裹體含量均處在優(yōu)異水平，能夠很好地符合光伏和半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用要求。我國石英礦特點是分布廣泛、儲量巨大，由于我們對于高純石英礦床的勘探不夠完善和重視，截至目前，我們還未發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)元素、氣液包裹體含量達標且能夠批量生產(chǎn)高純石英砂的國產(chǎn)石英礦。2025年4月10日經(jīng)國務(wù)院批準，高純石英礦成為我國第174號新礦種，這能夠有力地推動我國高純石英礦床的發(fā)現(xiàn)。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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