中国粉体网讯 2022年11月22-23日，由中国粉体网主办的“2022第六届全国石英大会”于江苏徐州成功召开。会议期间，我们邀请到业内专家学者、优秀企业代表做客“对话”栏目，围绕“高效利用 高端突破”主题，进行访谈交流。本期为您分享的是中国粉体网对西南科技大学孙红娟教授的专访。
中国粉体网：孙教授您好，请您介绍一下工业上石英砂的分类。
孙教授：目前，工业上将石英砂常分为：普通石英砂，精制石英砂，高纯石英砂，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矿石，经破碎，水洗，烘干，二次筛选而成的一种水处理滤料。无校角，密度大，机械强度高，载污能力线使用周期长的特点，是化学水处理的材料。
主要用途：可以用于冶金，碳化硅，玻璃及玻璃制品，搪瓷，铸钢，泡花碱，化工，喷吵等行业。
（2）精制石英砂：SiO2≥99~99.5%、Fe2O3≤0.05~0.02%，采用优质天然石英砂，经过精心挑选，精细加工而成。
主要用途：制造玻璃，耐火材料，冶炼硅铁，冶金熔剂，陶瓷，研磨材料，铸造造型石英砂等方面，在建筑中利用其有很强的抗酸性介质浸蚀能力，制取耐酸混凝土及耐酸砂浆。业内有时也称精制石英砂为酸洗石英砂。
（3）高纯石英砂：SiO2≥99.5~99.99%、FeO≤0.005%，一般是采用1~3级天然水晶石或高纯石英经过系列工艺加工而成。
主要用途：电光源、光纤通信、太阳能电池、半导体集成电路、精密光学仪器、医用器皿、航天航空等高科技行业。
（4）熔融石英砂：熔融石英是用天然高纯度二氧化硅在高于1760℃以上温度熔融，随后快速冷却而制得的。此过程将晶体二氧化硅转变为非晶体的玻璃熔体。
主要用途：耐火材料、陶瓷和玻璃原料、环氧树脂浇注、电子密封料、电光源、医疗、铸造等行业的主要原料，也是油漆、涂料等化工行业的理想填充料。
（5）硅微粉：硅微粉是由天然石英或熔融石英经破碎、球磨、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。如电子级硅微粉，主要用于集成电路、电子元件的塑封料和包装料等。
中国粉体网：孙教授，请您谈谈高纯石英有哪些矿源？
孙教授：高纯石英原料的矿石类型非常广泛，有天然水晶、热液脉石英、白岗岩、伟晶岩型，花岗闪长岩的风化残积型矿石，以及长石云母矿、高岭土、金矿等选矿过程中的石英尾矿。虽然矿石类型多样，但大部分高纯石英矿体产于太古宙－元古宙黑云母片麻岩、花岗片麻岩、片岩等古老变质岩系中，并受古生代－中生代花岗质岩浆活动控制，经历了长期而缓慢的变质过程，形成质量优异的高纯石英矿石。
比较适合做高纯石英原料主要有：
（1）天然水晶，一种无色透明的石英结晶体，主要成分为SiO2，水晶的自然生长环境多是在岩洞、岩石裂缝或节理、断层中，其生长条件比较苛刻，必须同时满足四个条件：充裕的生长空间，能够提供富含二氧化硅的热液，一定的温度和压力，足够生长时间。我国天然水晶资源分布广泛，几乎每个省区都有产出，但矿床规模小、零散分布，储量少。以江苏东海最为有名，在海南屯昌、贵州罗甸、黑龙江通河、四川康定、福建政和、黑龙江伊春、云南富宁和广西百色等地也有分布。
（2）花岗伟晶岩石英，指由于岩浆作用固结成岩形成的大颗粒花岗岩或花岗伟晶岩（白岗岩）中的石英。从高纯石英原料产出的地质条件来看，相较于外生矿床，最好产出于稳定地质条件的内生矿床，特别是岩浆高度结晶分异的花岗伟晶岩的石英脉中，这类高纯石英原料一般具有脉石矿物少，嵌布粒度大，易解离和低晶格杂质含量的优势，这类花岗伟晶岩型石英原料是最有前景的水晶替代原料。如美国北卡罗来纳州Spruce Pine地区白岗岩/伟晶岩，我国新疆的阿尔泰地区和东秦岭地区等地有发现类似于美国北卡罗来纳州的花岗伟晶岩型石英矿脉。
（3）脉石英，脉石英是由地下岩浆分泌的氧化硅热液填充在岩石裂隙中结晶形成的，硬度高、脆性大，因其主要呈现形式为脉状，得名脉石英。其结晶条件优越，在脉石英中也可伴生水晶，矿石SiO2含量可达99%以上，整体颜色为乳白色的透明体，部分高品质的脉石英质地接近水晶，几乎不见其他杂质矿物。我国的脉石英矿产资源分布广泛，用于制备SiO299%～99.9%的硅微粉、低铁石英砂、光学玻璃、半导体等高品质石英产品，部分也可做高纯石英原料。
中国粉体网：孙教授，请您谈谈矿源质量对高纯石英砂产品纯度的影响？
孙教授：以往判断石英矿物资源是否具备高纯石英潜力主要基于化学纯度（SiO2和常见杂质元素含量）和气液包裹体的含量。毋庸置疑，化学纯度可以作为一个直观的重要指标来评价石英原料的优劣，这样的评价方法虽然可以简单快速地判别石英的品质，但在处理其他复杂的替代原料时，具有明显的局限性，即缺乏对原料性质的全面了解，杂质元素的赋存状态并不明晰，不利于指导石英资源的加工工艺和技术的选择。
为了解决高纯石英原料的选择与评价问题，我们课题组前期进行了大量室内和野外工作，提出一套科学可行的评价方法，具体涉及到化学成分、嵌布粒度、脉石矿物、包裹体和晶格杂质5个关键评价指标，这些因素之间的关系常常交叉耦合，构成了高纯石英原料的评价因子。依据我们实验室的研究成果，我们认为，当石英原料在以上5个关键评价指标中有3个及以上指标达到a级时（表1），可以推荐为高纯石英原料。
表1 高纯石英原料的评价指标
中国粉体网：孙教授，请您介绍一下我国主要依赖的本土高纯石英矿有哪些？
孙教授：关于高纯石英矿，我国以前主要依赖江苏东海的高品质天然石英，特别是一些近似水晶的高纯度天然石英矿，但是目前东海的天然高纯石英矿脉资源产出已经很难供应目前国内市场的需求，而国内厂家用的比较多的石英矿脉还是以江苏、湖北等地为主，比如湖北蕲春县、十堰市的脉石英矿脉等，但是总体上讲矿体的分布还是偏贫、细、杂，没有大储量且品质稳定的高纯石英矿脉。所以目前大趋势上还是在寻找合适的高纯石英矿脉，如新疆的阿尔泰地区和东秦岭地区都有发现类似于美国北卡罗来纳州的花岗伟晶岩型石英矿脉，具有较高的提纯潜力，后续有望在国内勘探和发现出高品质、高储量的高纯石英矿脉。
中国粉体网：孙教授，请您介绍一下我国和国外在高纯石英砂制备技术上有哪些差异？对此，您有什么建议？
孙教授：国内高纯石英制备方面的技术与国外的技术差距不在石英纯度方面，很多学者已经在实验室甚至是中试生产线上制备出了纯度接近或已经达到5N级的高纯石英产品，但是在许多其他性质方面与国外技术尚有差距，比如挪威产的高纯石英，其最终产物的粒度可以维持在200微米左右，且晶粒内部非常干净，基本见不到裂隙和包裹体。这一方面与国内外的矿脉间存在客观差异有关，另一方面也体现出国内技术还不能兼顾包括石英纯度、粒度、微观形貌、羟基含量等多种属性，仍需要开展综合性的制备技术升级研究。针对这一问题，就需要促进国内学者和相关企业的多方面合作，促进包括地质、矿业、材料等多学科的专家学者群策群力，全方位的攻克高纯石英制备过程中的难题，也要促进科研平台和实际生产企业乃至高纯石英下游产业的多方面合作，以切实让科学研究者的科研有的放矢，解决高纯石英加工过程中的实际问题。
中国粉体网：最后请您谈一下您目前的科研项目以及取得的成果。
孙教授：在石英矿物学与高纯石英加工方面，我们团队主要开展了三方面的工作，一是帮助各地的地质调查研究院或企事业单位进行石英矿样的分析研究，除了常见的工艺矿物学属性研究，还会对其提纯潜力进行评价，目前已经帮助来自全国各地的十余家委托方完成了相关的分析研究工作，其中也有一些石英矿样本身提纯潜力比较好，我们也会和委托方进一步合作，开展高纯石英制备工艺的研究；二是系统的进行高纯石英制备工艺技术研究，主要是针对一些深度合作的企事业单位和研究院提供的石英原矿进行研究，部分项目完成的同时，也会产出一些具有普适性参考价值的高纯石英制备工艺；第三就是针对目前高纯石英产品的稀缺现状，在和一些企事业单位合作，进行高纯石英产品的回收再利用的研究，也已经取得了一些阶段性的成果。
（中国粉体网编辑整理/星耀）
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