高純石英是由水晶、脈石英、花崗偉晶巖等礦石作為原料經提純后的一種礦產品,是硅產業高端產品的物質基礎,廣泛應用于戰略性新興產業。
1、高純石英的劃分標準
目前,關于高純石英并沒有統一的劃分標準,汪靈等提出高純石英的一般概念為ω(SiO2)≥3-5N、ω(Fe2O3)<10×10-6的石英。張佩聰等將高純石英定義為石英晶格中鋁-硅異價有限類質同像替代形成的鋁晶格,占位雜質含量(晶格Al)≤30μg/g,此時其他雜質(Ti、K、Na、Ca、Mg、Fe等)總和≤20μg/g的天然礦物,對應的石英ω(SiO2)純度≥99.99%(4N)。
挪威地質調查局提出了高純石英中雜質總含量小于50×10-6的前提下,Al含量應小于30×10-6,Ti含量小于10×10-6,Na和K含量均小于8×10-6,Li、Ca含量均小于5×10-6,Fe含量小于3×10-6,P含量小于2×10-6,B含量小于1×10-6。
2、高純石英原料礦產資源概況
全球高純石英原料礦床主要分布于巴西、美國、加拿大、挪威、澳大利亞、俄羅斯、中國等。據美國地質調查局統計數據,截至2019年底,全球高純石英原料礦產資源約7300萬t,其中,巴西是全球第一大資源量國,資源量為2111萬t,礦石類型主要為天然水晶;美國是第二大資源量國,資源量為1822萬t,礦石類型主要為花崗偉晶巖型石英。加拿大位列全球第三,資源量為1000萬t,礦石類型主要為脈石英。
國際上公認的是美國的花崗偉晶巖型石英礦床,以儲量大、品質好最為著名。我國高純石英原料礦以脈石英和水晶為主,資源量共計為685萬t,其中水晶資源量僅為0.69萬t。我國的高純石英原料礦床主要分布在湖北蘄春(靈虬山脈石英礦SiO2含量為99.35%)、江蘇東海(SiO2含量為99.19%)、安徽旌德(版書鄉龍川脈石英礦SiO2含量為99.01%)和太湖等地區,其中以江蘇東海的水晶品質最為優越,但保有資源量已接近枯竭。另外在安徽鳳陽、江蘇新沂、新疆阿勒泰地區也有分布。
3、我國高純石英開發加工現狀
我國生產高純石英的原料為脈石英和水晶,由于國內水晶資源接近枯竭,因此,主要采用脈石英為原料來生產高純石英,但受礦石品質的限制,生產出來的產品主要為低端高純石英。世界上4N8(SiO2含量為99.998%)及以上的高純石英產品幾乎被矽比科公司(原美國尤尼明公司)壟斷。
近十年來,由于國內各類石英市場需求旺盛,石英產業發展較快,特別是2015年以來,發展更為迅猛,我國從事石英生產和加工的企業一直在增加,從2011年的528家增加到2015年的713家,2020年底達到1576家,目前企業數量仍在增加。這些石英生產企業以小的民營企業為主,具有小而散的特點。由于從事高純石英的生產加工技術門檻較高,在這些企業當中,從事高純石英生產和加工的企業少之又少,在少有的高純石英生產企業中,多數為作坊式生產,受高純石英提純技術和石英原料品質的限制,主要生產低端高純石英,4N8及以上的高純石英產品幾乎全部依靠進口。
資料來源:《王自國.我國高純石英產業戰略布局思考[J].中國礦業,2021,30(S2):1-3》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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