中国粉体网讯 合成SiO2和天然高纯石英砂在应用当中有什么差异？合成SiO2未来会替代天然砂吗？
以上问题的答案，对于业内大多数人而言并不是很清晰，中国粉体网小编近期就这个问题求教于各路专家，希望能逐渐揭示这一问题的本质。
首先，解答这一问题的关键点之一在于：高纯石英砂的概念。
高纯石英砂到底是什么？由中华人民共和国自然资源部中国地质调查局主管、中国地质图书馆主办的科普类期刊《自然资源科普与文化》（2024年第3期）上，明确给出了高纯石英的定义：
“高纯石英（high-purity quartz），又称高纯石英砂。它是二氧化硅纯度大于99.9%（3N）的石英砂系列产品总称，其本质是一种石英晶体原材料，它以天然石英矿为原料，经提纯加工而获得，具有极高二氧化硅纯度及一定粒度。”
而给出这一定义的正是矿物材料学的奠基之作《矿物材料学原理》一书的作者汪灵教授。在这一定义中，高纯石英的三大特征包含其内。
高纯石英特征之一：纯度
高纯石英产品的第一个特征，即最显著特征是它们的SiO2纯度高。实际上，石英的工业应用与SiO2的纯度有着密切的关系。据汪灵教授介绍，在我国实际生产中，高纯石英砂通常按用途分为拉管料、打砣料和坩埚料三大类系列产品，并根据二氧化硅纯度或13种痕量杂质元素总量等技术指标进一步分为不同等级。
其中，拉管料、打砣料可分为一级品、二级品和三级品3个等级，分别相当于高纯石英高端、中高端和中端产品，其主要技术指标通常要求二氧化硅纯度（或杂质元素总量）分别为纯度99.997%（总杂质≤30×10-6）、纯度99.995%（总杂质≤50×10-6）、纯度99.993%（总杂质≤70×10-6）。
而这里的高端、中高端、中端产品，按照汪灵教授的划分方法，其SiO2纯度及杂质元素总量分别如下：
（来源：汪灵教授）
高纯石英特征之二：粒度
高纯石英产品第二个重要特征是它们的粒度要求，即加工的产品是砂，是具有一定粒度的产品。
高纯石英砂（图源：专注石英科技创新58年的菲利华）
粒度作为高纯石英一个重要指标，其粒度范围一般是40～150目，具体粒度应根据工业应用确定。汪灵教授指出，高纯石英主要产品不是“超细粉”，更不是“纳米”颗粒。即使是用作加工包括球形硅微粉在内的各种超细的硅微粉原料，也是先提纯加工成具有一定粒度的石英砂，然后进行超细粉碎和分级加工。
高纯石英砂产品主要粒度范围与工业应用特点
（来源：汪灵教授）
高纯石英特征之三：物相
高纯石英产品第三个重要特征是它们的物相为晶相，即它们都是结晶度非常高的石英单矿物晶体。鉴于高纯石英高端产品（SiO2纯度大于4N8）的制造难度，有人提出采用合成方法制备非晶态SiO2粉体进行替代的技术路线。汪灵教授认为，即使SiO2粉体的纯度能达标，但其粒度、密度和硬度等也难以达到与高纯石英及其加工产品（如球形硅微粉）一致的质量要求，因而并不具有高纯石英及其加工产品相应的使用效能（如流动性和机械强度等）。
合成二氧化硅粉体（图源：日本三菱化学）
采用人工合成方法制备的纯度更高的石英玻璃，虽然适用于光纤制造，但在石英坩埚等其它工业应用领域中，不仅没有价格优势，并且由于采用SiCl4为原料和氢气为燃料，在制备工艺中会产生羟基等杂质，限制了它在一些领域的应用。
因此，汪灵教授认为：从粒度特征、物相特征和使用效能上讲，人工合成的非晶态SiO2粉体和石英玻璃都不属于高纯石英。
参考来源：
[1]汪灵教授：高纯石英及其原料特点，2023 第七届全国石英大会
[2]汪灵教授等：纯净胜瑾瑜 贵若冠上珠——解读高纯石英，自然资源科普与文化
（中国粉体网编辑整理/平安）
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