高純石英指SiO2純度極高、雜質元素含量極低的石英及其產品,是半導體、光伏、光纖、精密光學、照明設備、新型玻璃等產業不可缺少的重要功能材料。嚴格而言,高純石英不是一種礦產,而是由水晶、脈石英、石英巖、花崗偉晶巖等礦石作為原料經提純后的一種產品,因此,將能夠提純生產高純石英的礦床稱為高純石英原料礦更為適宜。
1、什么是高純石英?
但是,由于不同產業需要不同質量的石英,使得高純石英質量沒有統一的標準。為評價高純石英原料礦,國內外學者多年來努力尋找具有普適性的質量評價指標。
早期的研究認為,高純石英的雜質含量應小于50×10-6,即SiO2純度應大于99.995%。
我國學者認為SiO2純度大于99.9%的石英即為高純石英。
挪威地質調查局匯總了該國高純石英資源的測試數據,提出更詳細的指標,要求在雜質總含量小于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。
2014年,Flook根據市場產業需求,提出更可靠的質量指標,認為SiO2純度在99.95%、總雜質含量小于500×10-6的石英即為高純石英,純度99.5%~99.8%的石英可滿足半導體填料、光纖、液晶屏生產行業的要求,純度小于99.5%的石英可用在透明玻璃行業。
近年來,新興起的光伏玻璃、Low-E玻璃、超白浮法玻璃等新型玻璃產業,降低了SiO2的純度要求。
因此,綜合這些指標體系,在考慮原料礦石質量、測試手段、現有提純工藝和行業質量要求的情況下,將SiO2純度大于99.9%的石英視為高純石英是合理的。
2、全球高純石英原料礦的資源分布
根據現有資料,全球高純石英原料礦床分布于美國、挪威、澳大利亞、俄羅斯、毛里塔尼亞、中國、加大等7個國家。除中國外,共有14處礦床,其中,有生產礦山的7處,尚未開采生產的7處。美國斯普魯斯派恩(Spruce Pine)礦的高純石英原料資源規模最大,超過1000萬噸;資源量最小的是挪威德拉格(Drag)礦,僅有26.7萬噸。
由于高純石英原料礦床極為稀缺,21世紀初以來世界各國加大找礦勘查和礦石可利用性評價,發現了十多處高純石英原料礦床,但尚未有對其進行綜述性的研究。我國硅質資源豐富,但大部分礦床被作為普通硅石礦,用于普通玻璃、石材、建筑用砂等。此外,由于缺少可利用性評價,從嚴格意義上我國沒有專門生產高純石英原料的礦山,每年需從他國進口大量高純石英砂、原料礦石及高端石英制品。
3、全球高純石英原料礦供應格局及發展建議
目前,全球經濟增長乏力,迫切呼喚新科技革命,世界經濟提振依賴于新能源、新材料等新型產業的發展。以半導體、光伏、光纖、新型玻璃等產業為代表的高端制造業,特別是5G產業的高速建設將需要純度更高、產量更大的高純石英砂及其制品。
?。?)高純石英原料及其產品的供應格局將發生深刻變化
目前,雖然美國斯普魯斯派恩礦擁有獨特的白崗巖型高純石英原料礦,提供全球90%的高純石英砂,矽比科公司也壟斷了IOTA超純石英的生產和銷售,其他國家難以發現類似的礦床,但近年來各國加大勘查找礦力度,已發現10多處可用作高純石英原料的礦床,生產99.9%~99.999%的低-中檔高純石英砂,逐漸打破斯普魯斯派恩礦在高純石英砂產業的壟斷格局。
?。?)高純石英原料礦石類型多樣,具有獨特的成礦背景
高純石英原料的礦石類型非常廣泛,既有熱液脈石英、白崗巖、偉晶巖型,也有花崗閃長巖的風化殘積型礦石,更有長石云母礦尾礦、高嶺土尾礦、金礦尾礦等尾礦型礦石。雖然礦石類型多樣,但大部分高純石英礦產于太古宙-元古宙黑云母片麻巖、花崗片麻巖、片巖等古老變質巖系中,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。
(3)對我國的啟示
首先,在找礦方向上,應立足國內資源,大力加強對境內太古宙-元古宙變質巖系,特別是蘇魯-大別超高壓變質帶中純度較高的玻璃用脈石英、偉晶巖、白崗巖的篩查梳理,加強地質調查和質量評價;同時,應關注花崗閃長巖、偉晶巖和高嶺土礦開采后殘留尾礦中的石英。在發現可用作高純石英原料的礦石后,支持地勘單位和礦山企業及時跟進勘查,開展選礦實驗,評估資源潛力,估算資源量。
其次,為保障新材料新能源等新型創新產業所需的高純石英資源,我國應打破高純石英砂進口渠道單一的境況,加大挪威、俄羅斯、澳大利亞等國高純石英砂及產品的進口力度;此外,應支持鼓勵國內礦山企業通過合作,開發毛里塔尼亞等國的高純石英原料礦,拓展高純石英的來源渠道,維護國家戰略安全。
資料來源:《王九一.全球高純石英原料礦的資源分布與開發現狀[J].巖石礦物學雜志,2021,40(01):131-141》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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