中國(guó)粉體網(wǎng)訊 2022年11月22-23日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2022第六屆全國(guó)石英大會(huì)”于江蘇徐州成功召開(kāi)。會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到業(yè)內(nèi)專家學(xué)者、優(yōu)秀企業(yè)代表做客“對(duì)話”欄目，圍繞“高效利用 高端突破”主題，進(jìn)行訪談交流。本期為您分享的是中國(guó)粉體網(wǎng)對(duì)西南科技大學(xué)孫紅娟教授的專訪。
中國(guó)粉體網(wǎng)：孫教授您好，請(qǐng)您介紹一下工業(yè)上石英砂的分類。
孫教授：目前，工業(yè)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(jīng)破碎，水洗，烘干，二次篩選而成的一種水處理濾料。無(wú)校角，密度大，機(jī)械強(qiáng)度高，載污能力線使用周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，是化學(xué)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(yè)。
（2）精制石英砂：SiO2≥99~99.5%、Fe2O3≤0.05~0.02%，采用優(yōu)質(zhì)天然石英砂，經(jīng)過(guò)精心挑選，精細(xì)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(qiáng)的抗酸性介質(zhì)浸蝕能力，制取耐酸混凝土及耐酸砂漿。業(yè)內(nèi)有時(shí)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(jí)天然水晶石或高純石英經(jīng)過(guò)系列工藝加工而成。
主要用途：電光源、光纖通信、太陽(yáng)能電池、半導(dǎo)體集成電路、精密光學(xué)儀器、醫(yī)用器皿、航天航空等高科技行業(yè)。
（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(guò)程將晶體二氧化硅轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w的玻璃熔體。
主要用途：耐火材料、陶瓷和玻璃原料、環(huán)氧樹(shù)脂澆注、電子密封料、電光源、醫(yī)療、鑄造等行業(yè)的主要原料，也是油漆、涂料等化工行業(yè)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(jīng)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(jí)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(guó)粉體網(wǎng)：孫教授，請(qǐng)您談?wù)劯呒兪⒂心男┑V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(zhǎng)巖的風(fēng)化殘積型礦石，以及長(zhǎng)石云母礦、高嶺土、金礦等選礦過(guò)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(chǎn)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(zhì)巖系中，并受古生代－中生代花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)控制，經(jīng)歷了長(zhǎng)期而緩慢的變質(zhì)過(guò)程，形成質(zhì)量?jī)?yōu)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(wú)色透明的石英結(jié)晶體，主要成分為SiO2，水晶的自然生長(zhǎng)環(huán)境多是在巖洞、巖石裂縫或節(jié)理、斷層中，其生長(zhǎng)條件比較苛刻，必須同時(shí)滿足四個(gè)條件：充裕的生長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間。我國(guó)天然水晶資源分布廣泛，幾乎每個(gè)省區(qū)都有產(chǎn)出，但礦床規(guī)模小、零散分布，儲(chǔ)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(jié)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(chǎn)出的地質(zhì)條件來(lái)看，相較于外生礦床，最好產(chǎn)出于穩(wěn)定地質(zhì)條件的內(nèi)生礦床，特別是巖漿高度結(jié)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(zhì)含量的優(yōu)勢(shì)，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(guó)北卡羅來(lái)納州Spruce Pine地區(qū)白崗巖/偉晶巖，我國(guó)新疆的阿爾泰地區(qū)和東秦嶺地區(qū)等地有發(fā)現(xiàn)類似于美國(guó)北卡羅來(lái)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(jié)晶形成的，硬度高、脆性大，因其主要呈現(xiàn)形式為脈狀，得名脈石英。其結(jié)晶條件優(yōu)越，在脈石英中也可伴生水晶，礦石SiO2含量可達(dá)99%以上，整體顏色為乳白色的透明體，部分高品質(zhì)的脈石英質(zhì)地接近水晶，幾乎不見(jiàn)其他雜質(zhì)礦物。我國(guó)的脈石英礦產(chǎn)資源分布廣泛，用于制備SiO299%～99.9%的硅微粉、低鐵石英砂、光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體等高品質(zhì)石英產(chǎn)品，部分也可做高純石英原料。
中國(guó)粉體網(wǎng)：孫教授，請(qǐng)您談?wù)劦V源質(zhì)量對(duì)高純石英砂產(chǎn)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(xué)純度（SiO2和常見(jiàn)雜質(zhì)元素含量）和氣液包裹體的含量。毋庸置疑，化學(xué)純度可以作為一個(gè)直觀的重要指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)石英原料的優(yōu)劣，這樣的評(píng)價(jià)方法雖然可以簡(jiǎn)單快速地判別石英的品質(zhì)，但在處理其他復(fù)雜的替代原料時(shí)，具有明顯的局限性，即缺乏對(duì)原料性質(zhì)的全面了解，雜質(zhì)元素的賦存狀態(tài)并不明晰，不利于指導(dǎo)石英資源的加工工藝和技術(shù)的選擇。
為了解決高純石英原料的選擇與評(píng)價(jià)問(wèn)題，我們課題組前期進(jìn)行了大量室內(nèi)和野外工作，提出一套科學(xué)可行的評(píng)價(jià)方法，具體涉及到化學(xué)成分、嵌布粒度、脈石礦物、包裹體和晶格雜質(zhì)5個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，這些因素之間的關(guān)系常常交叉耦合，構(gòu)成了高純石英原料的評(píng)價(jià)因子。依據(jù)我們實(shí)驗(yàn)室的研究成果，我們認(rèn)為，當(dāng)石英原料在以上5個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)中有3個(gè)及以上指標(biāo)達(dá)到a級(jí)時(shí)（表1），可以推薦為高純石英原料。
表1 高純石英原料的評(píng)價(jià)指標(biāo)
中國(guó)粉體網(wǎng)：孫教授，請(qǐng)您介紹一下我國(guó)主要依賴的本土高純石英礦有哪些？
孫教授：關(guān)于高純石英礦，我國(guó)以前主要依賴江蘇東海的高品質(zhì)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(chǎn)出已經(jīng)很難供應(yīng)目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，而國(guó)內(nèi)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(xì)、雜，沒(méi)有大儲(chǔ)量且品質(zhì)穩(wěn)定的高純石英礦脈。所以目前大趨勢(shì)上還是在尋找合適的高純石英礦脈，如新疆的阿爾泰地區(qū)和東秦嶺地區(qū)都有發(fā)現(xiàn)類似于美國(guó)北卡羅來(lái)納州的花崗偉晶巖型石英礦脈，具有較高的提純潛力，后續(xù)有望在國(guó)內(nèi)勘探和發(fā)現(xiàn)出高品質(zhì)、高儲(chǔ)量的高純石英礦脈。
中國(guó)粉體網(wǎng)：孫教授，請(qǐng)您介紹一下我國(guó)和國(guó)外在高純石英砂制備技術(shù)上有哪些差異？對(duì)此，您有什么建議？
孫教授：國(guó)內(nèi)高純石英制備方面的技術(shù)與國(guó)外的技術(shù)差距不在石英純度方面，很多學(xué)者已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室甚至是中試生產(chǎn)線上制備出了純度接近或已經(jīng)達(dá)到5N級(jí)的高純石英產(chǎn)品，但是在許多其他性質(zhì)方面與國(guó)外技術(shù)尚有差距，比如挪威產(chǎn)的高純石英，其最終產(chǎn)物的粒度可以維持在200微米左右，且晶粒內(nèi)部非常干凈，基本見(jiàn)不到裂隙和包裹體。這一方面與國(guó)內(nèi)外的礦脈間存在客觀差異有關(guān)，另一方面也體現(xiàn)出國(guó)內(nèi)技術(shù)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(kāi)展綜合性的制備技術(shù)升級(jí)研究。針對(duì)這一問(wèn)題，就需要促進(jìn)國(guó)內(nèi)學(xué)者和相關(guān)企業(yè)的多方面合作，促進(jìn)包括地質(zhì)、礦業(yè)、材料等多學(xué)科的專家學(xué)者群策群力，全方位的攻克高純石英制備過(guò)程中的難題，也要促進(jìn)科研平臺(tái)和實(shí)際生產(chǎn)企業(yè)乃至高純石英下游產(chǎn)業(yè)的多方面合作，以切實(shí)讓科學(xué)研究者的科研有的放矢，解決高純石英加工過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。
中國(guó)粉體網(wǎng)：最后請(qǐng)您談一下您目前的科研項(xiàng)目以及取得的成果。
孫教授：在石英礦物學(xué)與高純石英加工方面，我們團(tuán)隊(duì)主要開(kāi)展了三方面的工作，一是幫助各地的地質(zhì)調(diào)查研究院或企事業(yè)單位進(jìn)行石英礦樣的分析研究，除了常見(jiàn)的工藝礦物學(xué)屬性研究，還會(huì)對(duì)其提純潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，目前已經(jīng)幫助來(lái)自全國(guó)各地的十余家委托方完成了相關(guān)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(huì)和委托方進(jìn)一步合作，開(kāi)展高純石英制備工藝的研究；二是系統(tǒng)的進(jìn)行高純石英制備工藝技術(shù)研究，主要是針對(duì)一些深度合作的企事業(yè)單位和研究院提供的石英原礦進(jìn)行研究，部分項(xiàng)目完成的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)出一些具有普適性參考價(jià)值的高純石英制備工藝；第三就是針對(duì)目前高純石英產(chǎn)品的稀缺現(xiàn)狀，在和一些企事業(yè)單位合作，進(jìn)行高純石英產(chǎn)品的回收再利用的研究，也已經(jīng)取得了一些階段性的成果。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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