高纯石英砂是由天然石英矿物经过一系列的物理和化学提纯技术生产的粒度集中分布在0.1-0.45mm的高纯非金属矿物原料。
　　国际公认的高纯石英砂是高于美国尤尼明UNIMIN（现属于Covia）公司IOTA-CG标准，十二种元素杂质（Al、K、Na、Li、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Cr、Ni、B）的含量小于20ppm、其中碱金属（K、Na、Li）分别小于1ppm的高技术产品，被广泛应用于高端电光源、大规模及超大规模集成电路、太阳能电池、光纤、激光、航天、军工等领域。
 
1.国内外高纯石英资源概况
 
　　石英是地球表面分布最广的矿物之一，但是，并非所有石英都能用来生产高纯石英砂。目前用来生产高纯石英砂的石英矿床基本上均属于伟晶岩矿床类型。
　　美国尤尼明的高纯石英砂原矿为花岗质伟晶岩（曾称为白岗岩），产自北卡罗来纳州Spruce Pline地区，矿床规模巨大，露天开采。
 

▲尤尼明高纯石英矿
 

▲美国Spruce Pline地区地质简图

 
　　该区的伟晶岩最初的工业价值是用来生产长石和白云母，石英在矿石中仅占20%左右，是尾矿中的废弃物。在上世纪70年代，由于石英玻璃原料-水晶的日渐枯竭，寻找可替代水晶的天然石英成为当时许多国家急需攻克的目标。在此背景下，尤尼明经过改进浮选技术，利用花岗质伟晶岩中的石英替代了水晶，生产出了高纯石英砂，直到今天尤尼明公司仍然是国际高纯石英砂市场的最重要供应商。
　　我国用来生产高纯石英砂的伟晶岩主要分布在秦岭-大别-苏鲁超高压变质带上，该变质带形成于据今2.3亿年左右，是华南板块与华北板块的碰撞拼贴带。矿体往往呈岩脉状产出，单个矿体规模小，主要由石英、钾长石和白云母组成，石英含量高，占90%左右。
　　另外，我国新疆阿尔泰地区是世界闻名的花岗伟晶岩集中区。在长达413km，宽20~60km的变质岩区带内，出露各类花岗伟晶岩脉数万条，形成十余个伟晶岩密集区。张晔等将新疆阿尔泰地区伟晶岩与美国Spruce Pine花岗质伟晶岩进行对比分析，发现具有高纯石英伟晶岩的特点，若进行严格的加工，很有可能得到高纯石英砂产品。
 

▲新疆阿尔泰地区石英伟晶岩

 
　　与美国相比，我国的高纯石英伟晶岩矿床规模小，品质不稳定。但是目前来看，我国石英矿床数量多，石英含量高，而且业已发现的某些石英矿床的石英纯度比美国矿床要高得多，具有明显的资源优势。
 
2.国内外高纯石英砂生产概况
 
　　随着科学技术的发展，对高科技领域使用的石英制品的纯度要求越来越高，这就对石英砂提出了更高的要求。超纯石英砂的生产技术一直被各国政府列入高技术领域而受到严格保护，导致全球能够真正生产高纯石英砂的企业寥寥无几，下面就以尤尼明、TQC公司和石英股份为例进行介绍。
 
（1）美国尤尼明
 
　　国外生产高纯石英砂的企业主要是美国的尤尼明公司，它代表着世界高纯石英砂生产的最高水平。长期以来美国尤尼明公司的产品一直垄断着国际高纯石英砂市场，
 
①IOTA 4、IOTA 6、IOTA 6-SV、IOTA 8和IOTA STD-SV等原料是生产半导体组件晶圆的最佳选择，产品中低含量的硼元素和微小含量的过渡金属元素可以促进结晶生长和晶圆加工过程中维持较高的纯度。当前全球能够批量供应半导体用高纯石英砂的工厂较少，美国尤尼明在行业中处于垄断地位。
 
②IOTA CG是光伏坩埚行业的标准，用IOTA CG等级石英砂制成的坩埚非常适合长时间拉丝和多锭拉丝。
 
③IOTA 6、IOTA STD、IOTA CG是生产照明设备的主要原料，可以用来生产汽车疝气灯、卤素灯、高强度气体放电灯和超高性能灯。
 

▼美国尤尼明ITOA系列产品指标  单位：ppm

 
（2）挪威TQC公司
 
TQC是一家由英格瓷SA和挪威的挪威矿业以50/50出资创办的企业。TQC整合了英格瓷的美国分公司，KT长石公司和长石公司。与生产石英的挪威微晶公司整合形成了一家新的生产石英，长石和云母产品的公司。
 
该公司开在美国Spruce Pine，同时也开在挪威，它的产品设计是针对特定的终端市场的需求。在Spruce Pine的产品用来满足半导体和太阳能产业的标准需求，而挪威的产品则为光学和照明工业提供量身定做。
 
以前，每年TQC被许可在挪威生产30000吨高纯石英，这家挪威的工厂加工来自Spruce Pine和挪威当地的石英。
 
近几年，挪威水晶高纯石英砂的质量有了明显提升，并批量投放中国市场，主要用来生产单晶硅拉制用石英玻璃坩埚，应用于太阳能光伏行业。
 

▼挪威TQC公司高纯石英砂产品指标  单位：ppm

 
（3）石英股份
 
石英股份生产的PQS级高纯石英砂杂质含量小于20ppm，已超过美国尤尼明的IOTA-STANDARD等级石英砂产品的纯度。
 
2017年，石英股份高纯石英砂产量为10559吨，其中外销部分2154吨，自用部分8523吨。除供自身生产中高端电光源石英管外，主要用于光伏行业生产单晶石英坩埚。
 
石英股份生产的高纯石英砂质量稳定，二氧化硅含量在99.996-99.9995之间，分为三个级别（太阳能级、光源级和半导体级）13种产品，主要用于太阳能、半导体、光通讯和高端电光源行业用石英坩埚、高纯石英管材、高纯石英棒（板）、石英砣等领域。
 
a、太阳能级高纯石英砂
 
太阳能级高纯石英砂有两个系列四个产品，总杂质含量分别小于19ppm和24ppm。该产品具有低碱和高铝的化学品质，有独特的抗析晶能力和优良的耐高温性能。其中PQST系列是在PQS系列基础上改进的新产品，显著地提高了坩埚真空层的透明度。主要用于22时以上拉制单晶硅用的石英坩埚、硅片处理用大口径工艺管材和石英器皿等。
 

▼石英股份PQS和PQST系列太阳能级高纯石英砂  单位：ppm

 
b、光源级高纯石英砂
 
光源级高纯石英砂共有五个产品，以其低碱、低钛和可变的铝含量为特征。用于生产高端光源石英管材的高纯石英砂有四个产品（PQL-2、PQL-3、PQL-4、PQL-5），总杂质含量分别小于14ppm、20ppm、24ppm、31ppm，这些产品具有独特的抗析晶能力和透光效率，以及具有优良的机械强度。产品PQL-1用于生产普通电光源用石英管材。
 

▼石英股份光源级高纯石英砂  单位：ppm

 
c、电子级高纯石英砂
 
半导体（电子）级高纯石英砂共有四个产品，总杂质含量为5ppm、6ppm、7ppm、8ppm，以超低的铝和碱含量为其显著特征，是目前世界上利用天然石英生产高纯石英砂的重大突破，应用于高纯石英玻璃产品生产，可以把因元素杂质扩散而造成电子产品质量问题的因素降到最低限度。
 

▼石英股份半导体（电子）级高纯石英砂  单位：ppm

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编辑整理：粉体技术网
 

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