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，我們邀請到業內專家學者、優秀企業代表做客“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西南科技大學孫紅娟教授的專訪。
中國粉體網：孫教授您好，請您介紹一下工業上石英砂的分類。
孫教授：目前，工業上將石英砂常分為：普通石英砂，精制石英砂，高純石英砂，熔融石英砂及硅微粉等。
（1）普通石英砂：SiO2≥90~99%、Fe2O3≤0.06~0.02%，一般是采用天然石英礦石，經破碎，水洗，烘干，二次篩選而成的一種水處理濾料。無校角，密度大，機械強度高，載污能力線使用周期長的特點，是化學水處理的材料。
主要用途：可以用于冶金，碳化硅，玻璃及玻璃制品，搪瓷，鑄鋼，泡花堿，化工，噴吵等行業。
（2）精制石英砂：SiO2≥99~99.5%、Fe2O3≤0.05~0.02%，采用優質天然石英砂，經過精心挑選，精細加工而成。
主要用途：制造玻璃，耐火材料，冶煉硅鐵，冶金熔劑，陶瓷，研磨材料，鑄造造型石英砂等方面，在建筑中利用其有很強的抗酸性介質浸蝕能力，制取耐酸混凝土及耐酸砂漿。業內有時也稱精制石英砂為酸洗石英砂。
（3）高純石英砂：SiO2≥99.5~99.99%、FeO≤0.005%，一般是采用1~3級天然水晶石或高純石英經過系列工藝加工而成。
主要用途：電光源、光纖通信、太陽能電池、半導體集成電路、精密光學儀器、醫用器皿、航天航空等高科技行業。
（4）熔融石英砂：熔融石英是用天然高純度二氧化硅在高于1760℃以上溫度熔融，隨后快速冷卻而制得的。此過程將晶體二氧化硅轉變為非晶體的玻璃熔體。
主要用途：耐火材料、陶瓷和玻璃原料、環氧樹脂澆注、電子密封料、電光源、醫療、鑄造等行業的主要原料，也是油漆、涂料等化工行業的理想填充料。
（5）硅微粉：硅微粉是由天然石英或熔融石英經破碎、球磨、浮選、酸洗提純、高純水處理等多道工藝加工而成的微粉。如電子級硅微粉，主要用于集成電路、電子元件的塑封料和包裝料等。
中國粉體網：孫教授，請您談談高純石英有哪些礦源？
孫教授：高純石英原料的礦石類型非常廣泛，有天然水晶、熱液脈石英、白崗巖、偉晶巖型，花崗閃長巖的風化殘積型礦石，以及長石云母礦、高嶺土、金礦等選礦過程中的石英尾礦。雖然礦石類型多樣，但大部分高純石英礦體產于太古宙－元古宙黑云母片麻巖、花崗片麻巖、片巖等古老變質巖系中，并受古生代－中生代花崗質巖漿活動控制，經歷了長期而緩慢的變質過程，形成質量優異的高純石英礦石。
比較適合做高純石英原料主要有：
（1）天然水晶，一種無色透明的石英結晶體，主要成分為SiO2，水晶的自然生長環境多是在巖洞、巖石裂縫或節理、斷層中，其生長條件比較苛刻，必須同時滿足四個條件：充裕的生長空間，能夠提供富含二氧化硅的熱液，一定的溫度和壓力，足夠生長時間。我國天然水晶資源分布廣泛，幾乎每個省區都有產出，但礦床規模小、零散分布，儲量少。以江蘇東海最為有名，在海南屯昌、貴州羅甸、黑龍江通河、四川康定、福建政和、黑龍江伊春、云南富寧和廣西百色等地也有分布。
（2）花崗偉晶巖石英，指由于巖漿作用固結成巖形成的大顆粒花崗巖或花崗偉晶巖（白崗巖）中的石英。從高純石英原料產出的地質條件來看，相較于外生礦床，最好產出于穩定地質條件的內生礦床，特別是巖漿高度結晶分異的花崗偉晶巖的石英脈中，這類高純石英原料一般具有脈石礦物少，嵌布粒度大，易解離和低晶格雜質含量的優勢，這類花崗偉晶巖型石英原料是最有前景的水晶替代原料。如美國北卡羅來納州Spruce Pine地區白崗巖/偉晶巖，我國新疆的阿爾泰地區和東秦嶺地區等地有發現類似于美國北卡羅來納州的花崗偉晶巖型石英礦脈。
（3）脈石英，脈石英是由地下巖漿分泌的氧化硅熱液填充在巖石裂隙中結晶形成的，硬度高、脆性大，因其主要呈現形式為脈狀，得名脈石英。其結晶條件優越，在脈石英中也可伴生水晶，礦石SiO2含量可達99%以上，整體顏色為乳白色的透明體，部分高品質的脈石英質地接近水晶，幾乎不見其他雜質礦物。我國的脈石英礦產資源分布廣泛，用于制備SiO299%～99.9%的硅微粉、低鐵石英砂、光學玻璃、半導體等高品質石英產品，部分也可做高純石英原料。
中國粉體網：孫教授，請您談談礦源質量對高純石英砂產品純度的影響？
孫教授：以往判斷石英礦物資源是否具備高純石英潛力主要基于化學純度（SiO2和常見雜質元素含量）和氣液包裹體的含量。毋庸置疑，化學純度可以作為一個直觀的重要指標來評價石英原料的優劣，這樣的評價方法雖然可以簡單快速地判別石英的品質，但在處理其他復雜的替代原料時，具有明顯的局限性，即缺乏對原料性質的全面了解，雜質元素的賦存狀態并不明晰，不利于指導石英資源的加工工藝和技術的選擇。
為了解決高純石英原料的選擇與評價問題，我們課題組前期進行了大量室內和野外工作，提出一套科學可行的評價方法，具體涉及到化學成分、嵌布粒度、脈石礦物、包裹體和晶格雜質5個關鍵評價指標，這些因素之間的關系常常交叉耦合，構成了高純石英原料的評價因子。依據我們實驗室的研究成果，我們認為，當石英原料在以上5個關鍵評價指標中有3個及以上指標達到a級時（表1），可以推薦為高純石英原料。
表1 高純石英原料的評價指標
中國粉體網：孫教授，請您介紹一下我國主要依賴的本土高純石英礦有哪些？
孫教授：關于高純石英礦，我國以前主要依賴江蘇東海的高品質天然石英，特別是一些近似水晶的高純度天然石英礦，但是目前東海的天然高純石英礦脈資源產出已經很難供應目前國內市場的需求，而國內廠家用的比較多的石英礦脈還是以江蘇、湖北等地為主，比如湖北蘄春縣、十堰市的脈石英礦脈等，但是總體上講礦體的分布還是偏貧、細、雜，沒有大儲量且品質穩定的高純石英礦脈。所以目前大趨勢上還是在尋找合適的高純石英礦脈，如新疆的阿爾泰地區和東秦嶺地區都有發現類似于美國北卡羅來納州的花崗偉晶巖型石英礦脈，具有較高的提純潛力，后續有望在國內勘探和發現出高品質、高儲量的高純石英礦脈。
中國粉體網：孫教授，請您介紹一下我國和國外在高純石英砂制備技術上有哪些差異？對此，您有什么建議？
孫教授：國內高純石英制備方面的技術與國外的技術差距不在石英純度方面，很多學者已經在實驗室甚至是中試生產線上制備出了純度接近或已經達到5N級的高純石英產品，但是在許多其他性質方面與國外技術尚有差距，比如挪威產的高純石英，其最終產物的粒度可以維持在200微米左右，且晶粒內部非常干凈，基本見不到裂隙和包裹體。這一方面與國內外的礦脈間存在客觀差異有關，另一方面也體現出國內技術還不能兼顧包括石英純度、粒度、微觀形貌、羥基含量等多種屬性，仍需要開展綜合性的制備技術升級研究。針對這一問題，就需要促進國內學者和相關企業的多方面合作，促進包括地質、礦業、材料等多學科的專家學者群策群力，全方位的攻克高純石英制備過程中的難題，也要促進科研平臺和實際生產企業乃至高純石英下游產業的多方面合作，以切實讓科學研究者的科研有的放矢，解決高純石英加工過程中的實際問題。
中國粉體網：最后請您談一下您目前的科研項目以及取得的成果。
孫教授：在石英礦物學與高純石英加工方面，我們團隊主要開展了三方面的工作，一是幫助各地的地質調查研究院或企事業單位進行石英礦樣的分析研究，除了常見的工藝礦物學屬性研究，還會對其提純潛力進行評價，目前已經幫助來自全國各地的十余家委托方完成了相關的分析研究工作，其中也有一些石英礦樣本身提純潛力比較好，我們也會和委托方進一步合作，開展高純石英制備工藝的研究；二是系統的進行高純石英制備工藝技術研究，主要是針對一些深度合作的企事業單位和研究院提供的石英原礦進行研究，部分項目完成的同時，也會產出一些具有普適性參考價值的高純石英制備工藝；第三就是針對目前高純石英產品的稀缺現狀，在和一些企事業單位合作，進行高純石英產品的回收再利用的研究，也已經取得了一些階段性的成果。
（中國粉體網編輯整理/星耀）
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