当前位置: 砂 >> 砂前景 >> 文章精选丨汪灵教授高纯石英的概念及其原料
摘要:高纯石英是SiO2纯度大于99.9%的石英砂系列产品的总称,其本质是以天然石英矿为原料经提纯加工获得的具有极高SiO2纯度且具有一定粒度组成的石英晶体原材料,其概念应同时具备纯度、粒度和矿物相三个特征;根据我国高纯石英生产及应用情况,进一步完善了产品等级划分,按SiO2纯度将高纯石英产品分为高端(4N8)、中高端(4N5)、中端(4N)和低端(3N)4个等级;目前能够用作高纯石英原料的石英矿床工业类型有天然水晶、脉石英和花岗伟晶岩石英3种,其中脉石英是我国目前高纯石英生产的主要原料;根据天然水晶和脉石英样品的提纯加工试验结果,将高纯石英原料划分为与高纯石英系列产品等级相对应的4个品级,它们分别是用于高纯石英高端、中高端、中端和低端产品生产的A级矿(优质矿或优质原料)、B级矿(上等矿或上等原料)、C级矿(中等矿或中等原料)和D级矿(下等矿或下等原料)。发现能够稳定满足工业生产需要的优质原料,实现4N8高纯石英高端产品的国产化问题,这是我们应当努力的方向。
前言石英(SiO2)是一种架状结构的硅的氧化物,α-石英(低温石英,三方晶系)和β-石英(高温石英,六方晶系)的总称。α-石英和β-石英的转变温度为℃,未加说明时,常指α-石英。在矿物晶体化学分类中,石英归属于氧化物类、石英族。由于SiO2是硅酸盐最重要的成分,可将石英视为硅酸盐的端元位置,有时也被归入硅酸盐类架状结构硅酸盐亚族[1]。
SiO2在地壳中的质量分数高达60%~65%,由此决定了石英是一种非常重要的造岩矿物,它在地壳中的分布仅次于长石,是自然界中最常见的矿物之一。石英作为一种传统的重要的工业矿物,广泛应用在玻璃、陶瓷、铸造、建筑、宝玉石装饰等传统行业。20世纪60年代以来,计算机、新材料、新能源等新兴产业对石英原材料产品的纯度提出更高要求,产生了高纯石英的概念。
高纯石英是石英玻璃、硅材料及相关产业发展的物质基础,广泛应用于电子信息、光伏、光通信和电光源等行业,在新材料、新能源战略性新兴产业中具有重要地位和作用。其中,SiO2纯度≥99.%(4N8)的高纯石英高端产品不仅是一种新材料和矿物功能材料,而且是半导体、光伏、电子信息和高端电光源等生产必不可少的关键基础材料,也是我国芯片发展(晶圆制造与芯片封装等)不可或缺的关键材料之一,在电子信息、新材料和新能源等战略性新兴产业以及国防军工、国家安全中具有非常重要的作用和地位。目前,我国用于单晶硅生产的石英坩埚通常采用双层或三层结构,其内层砂等必需的高纯石英高端产品仍需要高价从美国、挪威等进口,而质量要求略低的石英坩埚中外层砂,其矿石原料也需要从印度等国进口解决。
光伏、半导体、光纤等行业下游需求的持续高景气,带动了石英坩埚产品的旺盛需求,高纯石英砂供应紧俏、价格也不断走高。由于我国的4N8高纯石英高端产品一直处于被“卡脖子”状态,高纯石英引起了各界持续高度
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