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。
國際公認的高純石英砂是高于美國尤尼明UNIMIN（現屬于Covia）公司IOTA-CG標準，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，被廣泛應用于高端電光源、大規模及超大規模集成電路、太陽(yáng)能電池、光纖、激光、航天、軍工等領(lǐng)域。
1.國內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(lèi)型。
美國尤尼明的高純石英砂原礦為花崗質(zhì)偉晶巖（曾稱(chēng)為白崗巖），產(chǎn)自北卡羅來(lái)納州Spruce Pline地區，礦床規模巨大，露天開(kāi)采。
▲尤尼明高純石英礦
▲美國Spruce Pline地區地質(zhì)簡(jiǎn)圖
該區的偉晶巖最初的工業(yè)價(jià)值是用來(lái)生產(chǎn)長(cháng)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時(shí)許多國家急需攻克的目標。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際高純石英砂市場(chǎng)的最重要供應商。
我國用來(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)礦體規模小，主要由石英、鉀長(cháng)石和白云母組成，石英含量高，占90%左右。
另外，我國新疆阿爾泰地區是世界聞名的花崗偉晶巖集中區。在長(cháng)達413km，寬20~60km的變質(zhì)巖區帶內，出露各類(lèi)花崗偉晶巖脈數萬(wàn)條，形成十余個(gè)偉晶巖密集區。張曄等將新疆阿爾泰地區偉晶巖與美國Spruce Pine花崗質(zhì)偉晶巖進(jìn)行對比分析，發(fā)現具有高純石英偉晶巖的特點(diǎn)，若進(jìn)行嚴格的加工，很有可能得到高純石英砂產(chǎn)品。
▲新疆阿爾泰地區石英偉晶巖
與美國相比，我國的高純石英偉晶巖礦床規模小，品質(zhì)不穩定。但是目前來(lái)看，我國石英礦床數量多，石英含量高，而且業(yè)已發(fā)現的某些石英礦床的石英純度比美國礦床要高得多，具有明顯的資源優(yōu)勢。
2.國內外高純石英砂生產(chǎn)概況
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對高科技領(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)一直被各國政府列入高技術(shù)領(lǐng)域而受到嚴格保護，導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）美國尤尼明
國外生產(chǎn)高純石英砂的企業(yè)主要是美國的尤尼明公司，它代表著(zhù)世界高純石英砂生產(chǎn)的最高水平。長(cháng)期以來(lái)美國尤尼明公司的產(chǎn)品一直壟斷著(zhù)國際高純石英砂市場(chǎng)，
①I(mǎi)OTA 4、IOTA 6、IOTA 6-SV、IOTA 8和IOTA STD-SV等原料是生產(chǎn)半導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)結晶生長(cháng)和晶圓加工過(guò)程中維持較高的純度。當前全球能夠批量供應半導體用高純石英砂的工廠(chǎng)較少，美國尤尼明在行業(yè)中處于壟斷地位。
②IOTA CG是光伏坩堝行業(yè)的標準，用IOTA CG等級石英砂制成的坩堝非常適合長(cháng)時(shí)間拉絲和多錠拉絲。
③IOTA 6、IOTA STD、IOTA CG是生產(chǎn)照明設備的主要原料，可以用來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)疝氣燈、鹵素燈、高強度氣體放電燈和超高性能燈。
▼美國尤尼明ITOA系列產(chǎn)品指標 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分公司，KT長(cháng)石公司和長(cháng)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(cháng)石和云母產(chǎn)品的公司。
該公司開(kāi)在美國Spruce Pine，同時(shí)也開(kāi)在挪威，它的產(chǎn)品設計是針對特定的終端市場(chǎng)的需求。在Spruce Pine的產(chǎn)品用來(lái)滿(mǎn)足半導體和太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的標準需求，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(chǎng)加工來(lái)自Spruce Pine和挪威當地的石英。
近幾年，挪威水晶高純石英砂的質(zhì)量有了明顯提升，并批量投放中國市場(chǎng)，主要用來(lái)生產(chǎn)單晶硅拉制用石英玻璃坩堝，應用于太陽(yáng)能光伏行業(yè)。
▼挪威TQC公司高純石英砂產(chǎn)品指標 單位：ppm
（3）石英股份
石英股份生產(chǎn)的PQS級高純石英砂雜質(zhì)含量小于20ppm，已超過(guò)美國尤尼明的IOTA-STANDARD等級石英砂產(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(xiāo)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)量穩定，二氧化硅含量在99.996-99.9995之間，分為三個(gè)級別（太陽(yáng)能級、光源級和半導體級）13種產(chǎn)品，主要用于太陽(yáng)能、半導體、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)能級高純石英砂
太陽(yáng)能級高純石英砂有兩個(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系列基礎上改進(jìn)的新產(chǎn)品，顯著(zhù)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)能級高純石英砂 單位：ppm
b、光源級高純石英砂
光源級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)品具有獨特的抗析晶能力和透光效率，以及具有優(yōu)良的機械強度。產(chǎn)品PQL-1用于生產(chǎn)普通電光源用石英管材。
▼石英股份光源級高純石英砂 單位：ppm
c、電子級高純石英砂
半導體（電子）級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(zhù)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，應用于高純石英玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)，可以把因元素雜質(zhì)擴散而造成電子產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的因素降到最低限度。
▼石英股份半導體（電子）級高純石英砂 單位：ppm
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