高純石英砂是由天然石英礦物經(jīng)過(guò)一系列的物理和化學(xué)提純技術(shù)生產(chǎn)的粒度集中分布在0.1-0.45mm的高純非金屬礦物原料。
國(guó)際公認(rèn)的高純石英砂是高于美國(guó)尤尼明UNIMIN（現(xiàn)屬于Covia）公司IOTA-CG標(biāo)準(zhǔn)，十二種元素雜質(zhì)（Al、K、Na、Li、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Cr、Ni、B）的含量小于20ppm、其中堿金屬（K、Na、Li）分別小于1ppm的高技術(shù)產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于高端電光源、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、太陽(yáng)能電池、光纖、激光、航天、軍工等領(lǐng)域。
1.國(guó)內(nèi)外高純石英資源概況
石英是地球表面分布最廣的礦物之一，但是，并非所有石英都能用來(lái)生產(chǎn)高純石英砂。目前用來(lái)生產(chǎn)高純石英砂的石英礦床基本上均屬于偉晶巖礦床類型。
美國(guó)尤尼明的高純石英砂原礦為花崗質(zhì)偉晶巖（曾稱為白崗巖），產(chǎn)自北卡羅來(lái)納州Spruce Pline地區(qū)，礦床規(guī)模巨大，露天開采。
▲尤尼明高純石英礦
▲美國(guó)Spruce Pline地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖
該區(qū)的偉晶巖最初的工業(yè)價(jià)值是用來(lái)生產(chǎn)長(zhǎng)石和白云母，石英在礦石中僅占20%左右，是尾礦中的廢棄物。在上世紀(jì)70年代，由于石英玻璃原料-水晶的日漸枯竭，尋找可替代水晶的天然石英成為當(dāng)時(shí)許多國(guó)家急需攻克的目標(biāo)。在此背景下，尤尼明經(jīng)過(guò)改進(jìn)浮選技術(shù)，利用花崗質(zhì)偉晶巖中的石英替代了水晶，生產(chǎn)出了高純石英砂，直到今天尤尼明公司仍然是國(guó)際高純石英砂市場(chǎng)的最重要供應(yīng)商。
我國(guó)用來(lái)生產(chǎn)高純石英砂的偉晶巖主要分布在秦嶺-大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶上，該變質(zhì)帶形成于據(jù)今2.3億年左右，是華南板塊與華北板塊的碰撞拼貼帶。礦體往往呈巖脈狀產(chǎn)出，單個(gè)礦體規(guī)模小，主要由石英、鉀長(zhǎng)石和白云母組成，石英含量高，占90%左右。
另外，我國(guó)新疆阿爾泰地區(qū)是世界聞名的花崗偉晶巖集中區(qū)。在長(zhǎng)達(dá)413km，寬20~60km的變質(zhì)巖區(qū)帶內(nèi)，出露各類花崗偉晶巖脈數(shù)萬(wàn)條，形成十余個(gè)偉晶巖密集區(qū)。張曄等將新疆阿爾泰地區(qū)偉晶巖與美國(guó)Spruce Pine花崗質(zhì)偉晶巖進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)具有高純石英偉晶巖的特點(diǎn)，若進(jìn)行嚴(yán)格的加工，很有可能得到高純石英砂產(chǎn)品。
▲新疆阿爾泰地區(qū)石英偉晶巖
與美國(guó)相比，我國(guó)的高純石英偉晶巖礦床規(guī)模小，品質(zhì)不穩(wěn)定。但是目前來(lái)看，我國(guó)石英礦床數(shù)量多，石英含量高，而且業(yè)已發(fā)現(xiàn)的某些石英礦床的石英純度比美國(guó)礦床要高得多，具有明顯的資源優(yōu)勢(shì)。
2.國(guó)內(nèi)外高純石英砂生產(chǎn)概況
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高科技領(lǐng)域使用的石英制品的純度要求越來(lái)越高，這就對(duì)石英砂提出了更高的要求。超純石英砂的生產(chǎn)技術(shù)一直被各國(guó)政府列入高技術(shù)領(lǐng)域而受到嚴(yán)格保護(hù)，導(dǎo)致全球能夠真正生產(chǎn)高純石英砂的企業(yè)寥寥無(wú)幾，下面就以尤尼明、TQC公司和石英股份為例進(jìn)行介紹。
（1）美國(guó)尤尼明
國(guó)外生產(chǎn)高純石英砂的企業(yè)主要是美國(guó)的尤尼明公司，它代表著世界高純石英砂生產(chǎn)的最高水平。長(zhǎng)期以來(lái)美國(guó)尤尼明公司的產(chǎn)品一直壟斷著國(guó)際高純石英砂市場(chǎng)，
①IOTA 4、IOTA 6、IOTA 6-SV、IOTA 8和IOTA STD-SV等原料是生產(chǎn)半導(dǎo)體組件晶圓的最佳選擇，產(chǎn)品中低含量的硼元素和微小含量的過(guò)渡金屬元素可以促進(jìn)結(jié)晶生長(zhǎng)和晶圓加工過(guò)程中維持較高的純度。當(dāng)前全球能夠批量供應(yīng)半導(dǎo)體用高純石英砂的工廠較少，美國(guó)尤尼明在行業(yè)中處于壟斷地位。
②IOTA CG是光伏坩堝行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，用IOTA CG等級(jí)石英砂制成的坩堝非常適合長(zhǎng)時(shí)間拉絲和多錠拉絲。
③IOTA 6、IOTA STD、IOTA CG是生產(chǎn)照明設(shè)備的主要原料，可以用來(lái)生產(chǎn)汽車疝氣燈、鹵素?zé)簟⒏邚?qiáng)度氣體放電燈和超高性能燈。
▼美國(guó)尤尼明ITOA系列產(chǎn)品指標(biāo) 單位：ppm
（2）挪威TQC公司
TQC是一家由英格瓷SA和挪威的挪威礦業(yè)以50/50出資創(chuàng)辦的企業(yè)。TQC整合了英格瓷的美國(guó)分公司，KT長(zhǎng)石公司和長(zhǎng)石公司。與生產(chǎn)石英的挪威微晶公司整合形成了一家新的生產(chǎn)石英，長(zhǎng)石和云母產(chǎn)品的公司。
該公司開在美國(guó)Spruce Pine，同時(shí)也開在挪威，它的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是針對(duì)特定的終端市場(chǎng)的需求。在Spruce Pine的產(chǎn)品用來(lái)滿足半導(dǎo)體和太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)需求，而挪威的產(chǎn)品則為光學(xué)和照明工業(yè)提供量身定做。
以前，每年TQC被許可在挪威生產(chǎn)30000噸高純石英，這家挪威的工廠加工來(lái)自Spruce Pine和挪威當(dāng)?shù)氐氖ⅰ?br />
近幾年，挪威水晶高純石英砂的質(zhì)量有了明顯提升，并批量投放中國(guó)市場(chǎng)，主要用來(lái)生產(chǎn)單晶硅拉制用石英玻璃坩堝，應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏行業(yè)。
▼挪威TQC公司高純石英砂產(chǎn)品指標(biāo) 單位：ppm
（3）石英股份
石英股份生產(chǎn)的PQS級(jí)高純石英砂雜質(zhì)含量小于20ppm，已超過(guò)美國(guó)尤尼明的IOTA-STANDARD等級(jí)石英砂產(chǎn)品的純度。
2017年，石英股份高純石英砂產(chǎn)量為10559噸，其中外銷部分2154噸，自用部分8523噸。除供自身生產(chǎn)中高端電光源石英管外，主要用于光伏行業(yè)生產(chǎn)單晶石英坩堝。
石英股份生產(chǎn)的高純石英砂質(zhì)量穩(wěn)定，二氧化硅含量在99.996-99.9995之間，分為三個(gè)級(jí)別（太陽(yáng)能級(jí)、光源級(jí)和半導(dǎo)體級(jí)）13種產(chǎn)品，主要用于太陽(yáng)能、半導(dǎo)體、光通訊和高端電光源行業(yè)用石英坩堝、高純石英管材、高純石英棒（板）、石英砣等領(lǐng)域。
a、太陽(yáng)能級(jí)高純石英砂
太陽(yáng)能級(jí)高純石英砂有兩個(gè)系列四個(gè)產(chǎn)品，總雜質(zhì)含量分別小于19ppm和24ppm。該產(chǎn)品具有低堿和高鋁的化學(xué)品質(zhì)，有獨(dú)特的抗析晶能力和優(yōu)良的耐高溫性能。其中PQST系列是在PQS系列基礎(chǔ)上改進(jìn)的新產(chǎn)品，顯著地提高了坩堝真空層的透明度。主要用于22時(shí)以上拉制單晶硅用的石英坩堝、硅片處理用大口徑工藝管材和石英器皿等。
▼石英股份PQS和PQST系列太陽(yáng)能級(jí)高純石英砂 單位：ppm
b、光源級(jí)高純石英砂
光源級(jí)高純石英砂共有五個(gè)產(chǎn)品，以其低堿、低鈦和可變的鋁含量為特征。用于生產(chǎn)高端光源石英管材的高純石英砂有四個(gè)產(chǎn)品（PQL-2、PQL-3、PQL-4、PQL-5），總雜質(zhì)含量分別小于14ppm、20ppm、24ppm、31ppm，這些產(chǎn)品具有獨(dú)特的抗析晶能力和透光效率，以及具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度。產(chǎn)品PQL-1用于生產(chǎn)普通電光源用石英管材。
▼石英股份光源級(jí)高純石英砂 單位：ppm
c、電子級(jí)高純石英砂
半導(dǎo)體（電子）級(jí)高純石英砂共有四個(gè)產(chǎn)品，總雜質(zhì)含量為5ppm、6ppm、7ppm、8ppm，以超低的鋁和堿含量為其顯著特征，是目前世界上利用天然石英生產(chǎn)高純石英砂的重大突破，應(yīng)用于高純石英玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)，可以把因元素雜質(zhì)擴(kuò)散而造成電子產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的因素降到最低限度。
▼石英股份半導(dǎo)體（電子）級(jí)高純石英砂 單位：ppm
石英及硅材料精細(xì)加工技術(shù)高級(jí)研修班
2019年3月23-25日 | 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）
掃碼報(bào)名
培訓(xùn)咨詢
主要培訓(xùn)內(nèi)容：
石英礦工藝礦物學(xué)
硅質(zhì)玉石的識(shí)別和鑒賞
石英礦物種類識(shí)別
石英產(chǎn)品及其應(yīng)用指標(biāo)
石英常規(guī)選礦技術(shù)與設(shè)備
高純石英精細(xì)提純與加工技術(shù)
石英粉表面改性技術(shù)與應(yīng)用
石英砂生產(chǎn)線設(shè)計(jì)
高純石英礦物粉體材料的制備技術(shù)與應(yīng)用
其他培訓(xùn)內(nèi)容
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
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