高纯石英砂资源分析

发布时间:2019-11-13 浏览次数:

高纯石英砂是微电子、光纤通信、航空航天等高新技术产业的基础原材料,战略地位非常重要。目前,制备高纯石英砂主要通过化学合成、天然水晶加工及石英矿物深度提纯。其中,通过化学合成和天然水晶加工的制备方法受原料、成本、产量等方面的制约,难以大规模工业应用。因此,通过石英矿物制备高纯石英砂的加工技术将是未来的主要研究方向。然而,我国对以石英矿物为原料制备高纯石英砂的相关研究起步晚、研究少,技术被欧美发达国家长期垄断,市场大量依靠进口。从原料分析出发,对比了用于制备高纯石英砂的石英原矿的矿物特性,得出花岗伟晶岩和脉石英是制备高纯石英砂的最理想原料。系统分析了石英原矿中的伴生脉石矿物类型以及Al、Fe、Ca、K等常见杂质元素的存在形式和附存状态,并着重分析了晶格杂质和包裹体杂质的晶体构型,指出了晶格杂质难以脱除是制约高纯石英砂品质的主要原因。从矿物加工专业角度,并依据不同的加工目的将现行的高纯石英砂加工技术分成4个大类,对各类生产工艺状况进行了详细的分析概括,指出了现行工艺技术的不足以及与国际先进技术水平间的差距。在此基础上提出,目前高纯石英砂生产和研究中存在的问题及未来的研究方向,为今后相关研究提供理论指导。

石英砂根据其纯度可以分成普通石英砂和高纯石英砂。普通工业石英砂是指SiO2的含量在96%~99%,杂质Fe2O3含量小于0.5%、Al2O3含量小于2.0%的石英砂。普通工业石英砂主要的应用领域有玻璃制品、陶瓷制品、机械铸造、水泥制品、耐火材料等。其制备简单,只需对原矿进行分级或者采用简单的选矿工艺就能达到要求,中国生产的石英砂大部分应用在了这些领域。高纯石英砂是指SiO2含量大于99.95%、Fe2O3含量小于0.000 1%、Al2O3含量小于0.01%的石英砂。高纯石英砂主要应用在高新技术产业,如航空航天、生物工程、高频率技术、电子技术、光纤通信和军工等领域。高纯石英砂的战略地位非常重要,制备技术长期被美国、德国和日本等国家垄断,并严格限制技术和产品的出口。我国高纯石英砂的研究从20世纪90年代开始,起步较晚,虽然取得了一定的成绩,但仅能制备部分中、低档高纯石英砂。高纯石英砂市场大量依靠进口,据最新统计数据显示:2017年我国出口中、低纯石英砂80万t,出口金额6237万美元,但进口高纯石英砂28万t,进口金额超过1.2亿美元。

目前,制备高纯石英砂的方法主要分为3大类:用含硅化合物(如SiCl4、CH3SiCl3和Na2SiO3等)化学合成;天然水晶粉磨加工;石英矿物深度提纯。化学合成法的原料成本高、能耗大、产量低、工艺复杂、设备要求高,且产品粒度太细极易团聚,难以大规模工业应用。国内主要利用天然水晶加工制备高纯石英砂,但生产的高纯石英砂为中低档,国内天然水晶资源储量仅为0.47亿t,且经过30多年的开采,已逐渐枯竭,不能满足高纯石英砂日益增长的需求;以脉石英、石英岩和石英砂岩等石英矿物替代水晶生产高纯石英砂是未来的主要研究方向。

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