石英，在自然界无处不在，如河道的沙子、沙滩的鹅卵石，建筑用玻璃、厨房的石英石台面、首饰装饰用的水晶等都是石英。
 
然而，提纯后二氧化硅纯度超过99.995%（4N5级）、能满足半导体、光伏等高新技术产业需求的高纯石英矿非常稀有。长期以来，我国所需的高纯石英90%以上依赖国外进口，一旦断供，就容易被“卡脖子”。
 
为国找矿：众里寻它千百度
 
为国找矿，填补空白。早在2017年，河南豫地科技集团旗下的地质五队（原有色金属地质矿产局第五地质大队），就成立了一支高纯石英研究团队，发誓要把国家紧缺的高纯石英矿从石头缝里“抠”出来。
 
由于当时还未列入国家矿种，加上国外技术封锁，高纯石英在找矿领域几乎属于空白。无样品、无资料、无经验，这是研究团队成立之初面临的三无困境，一切只能从零开始。研究团队在翻阅大量地质资料后发现，豫西南东秦岭地区石英矿资源丰富，有发现高纯石英的极大可能性。于是尝试着将东秦岭地区作为主攻方向，立即展开找矿行动。 

豫西南寻矿

 
找高纯石英矿的第一道坎，是野外识别的“盲人摸象”。研究团队成员张驰介绍说，“从来没见过高纯石英矿长啥样，我们只能凭颜色、透明度等经验判断。”然而，一次次野外勘探，一次次反复试验，采回的样品却因包裹体多、杂质含量高等种种问题导致提纯上限低，距离4N5级的高纯石英“门槛”相去甚远。
 
沮丧、失望、痛苦……正当团队陷入困局时，事情的转机出现在2018年5月，中国科学院合肥物质科学研究院的陈健研究员，向团队建议道：“你们有没有试过从花岗伟晶岩入手？这类岩石在特定地质条件下，可能形成高纯度石英晶体。”回郑州后，研究团队立刻碰头开会，经过多次研判，将高纯石英原料潜力地区锁定到东秦岭超高压变质带广泛分布的花岗伟晶岩脉群。
 
随后的2019年，地质五队自筹资金设立“东秦岭河南段高纯石英原料调查评价”科技创新项目，在通过不同类型样品分析测试与提纯试验后，进一步判定了东秦岭地区花岗伟晶岩具有高纯石英成矿潜力。
 
2021年1月30日，研究团队将一份编号为HB-09的样品提交给中国地质科学院贵阳地化所提纯实验，二氧化硅纯度首次达到了99.9981%，且包裹体少、羟基含量低。“和美国斯普鲁斯派恩高纯石英矿的特征高度相似！”拿着检测报告的那一刻，团队成员在实验室里激动地哭出了声，“我们终于找到高纯石英原料矿了！”
 

东秦岭地区高纯石英矿石

 
四年多的时间，从最初的“寻矿无门”到后来的“找矿突破”，在研究团队不懈努力下，不仅打破了我国“无高纯石英矿”的长期空白，还牵头编制了花岗伟晶岩型高纯石英原料矿地质勘查技术规范，为河南省乃至全国开展高纯石英勘查提供了依据和标准。
 
2022年5月，高纯石英地质勘查工作迈出更加关键一步。肩负“当好地质矿产勘查开发的主力军”的光荣使命，新组建的豫地科技集团以发现本土高纯石英原料矿产资源为重要任务，将高纯石英找矿和产业化发展列为“一号工程”。
 

探矿巷道掘进施工

 
在前期调查的基础上，集团组织精干地勘队伍，筹措勘探资金，在东秦岭地区展开大面积拉网式勘查，在方圆1000平方公里范围内，发现9条花岗伟晶岩型高纯石英矿脉，提交4N5级以上的高纯石英资源量430万吨，将“找矿报国”的使命变成实实在在的勘探成果，成为“新一轮找矿突破战略行动中最亮眼的成果之一”。
 
提纯攻坚：与微观杂质的“战争”
 
“找到好矿只是第一步，提纯技术才是真正的‘鬼门关’。”集团新材料矿产研究所所长王安书向笔者介绍道，“国外提纯技术严格封锁，我们只能摸着石头过河。”
 
要掌握提纯技术，没有自己的实验室不行。在前期研究过程中，由于缺资金、缺专业人才，样品取回后，基本上都是委托省外的科研机构进行化验、检测，来回跑浪费时间不说，关键技术掌握不了，研究就无从谈起。
 
边学边干边摸索，研究团队最初“照葫芦画瓢”，尝试着建起了一个规模较小的“实验室”。后来，在集团的大力支持下，新的实验设备、专业人员陆续到位，一个500多平方米的高纯石英专项实验室很快建成。
 

高纯石英砂浮选提纯试验

 
在新的实验室里，王安书带领笔者参观了高纯石英的提纯工艺流程，详细介绍了高纯石英从普通矿石到超高纯材料蜕变的“三部曲”：
 
第一步，“初步清剿”，通过重力选矿、磁选等物理手段，将肉眼不可见的铁、铝、钙、钛等金属杂质，以及羟基、碳质等非金属杂质初步分离；
 
第二步，“外科手术”，对物理方法无法去除的晶格、包裹体杂质，通过高温、高压让酸液分子渗透进石英颗粒的微观孔隙，与杂质离子发生精准反应，找到“高温脱羟”与“晶体完整性”的平衡点；
 
第三步，“严防死守”，提纯后的石英砂需经过超纯水清洗、无尘环境干燥，避免任何外界污染物的二次介入，检测环节则要动用电感耦合等离子体光谱仪等尖端设备，对数十种杂质元素进行“地毯式排查”。
 

高纯石英提取

 
高纯石英的提纯，是一场与微观杂质的战争。小数点后每提升一个“9”的纯度，都需攻克数十道技术壁垒。对实验室工作人员来说，每次提纯检测就如同“炼狱”。
 
粗碎、煅烧、水淬、细碎、磁选、浮选、酸浸……7道工序如同7道关卡。“每道工序都要反复调试，比如煅烧温度，过高过低，结果就天差地别。”王安书说，“为了找到最佳温度，有时候得连续十几个小时守在设备前，还得不停记录实时数据！”
 
2023年12月，一次关键的样品检测至今让王安书激动不已。当检测样品中的铝、铁、钛等13种杂质元素含量总和低于百万分之20时，他和工作人员瞪大眼睛死死地盯住这组数据，然后兴奋地说道：“我们成功了！”
 
原来，这批依托本土花岗伟晶岩型高纯石英矿石，提纯出的110公斤高纯石英砂，纯度达到了99.9984%，打破了试验纪录。经过近500组实验室提纯试验，集团终于攻克了伟晶岩型高纯石英的提纯技术，纯度达到4N8级（二氧化硅含量99.998%）以上，填补了此前国内不能稳定生产4N8级产品的空白。
 
在3位院士参与的成果评审中，大家一致认为，在东秦岭发现的高纯石英原料矿和提纯技术成果是一项重大发现，总体达到国际先进水平，其中在残余岩浆“饱和”状态下石英重结晶动力学过程研究等方面达到国际领先水平。
 
精益求精，追求“更纯”。集团深知，在半导体、芯片等高端领域，对石英砂的纯度要求更高。于是，他们与中国科学院合肥物质科学研究院合作，共同开展伟晶岩型高纯石英关键核心提纯技术研究，取得了技术突破，形成了“矿石预处理＋提纯技术＋深度定向除杂＋快速测试”的快速评价和提纯技术工艺，实现了从“技术跟跑”到“技术并跑”，再到“标准领跑”的跨越。
 
产业落地：“一号工程”加速推进
 
近年来，随着新能源、信息产业、新材料等产业迅速发展，我国高纯石英需求增长迅速，前景广阔。
 
对集团来说，手中有了矿，提纯技术有了新突破，产业化发展成为下一个突破点。2023年3月，集团党委将高纯石英项目列为“一号工程”，从人才、设备、资金给予全方位保障，也提出了具体目标：加快建设第一条依托本土资源（花岗伟晶岩）的高纯石英砂生产线，打造高纯石英新质原材料基地，形成以高纯石英为龙头的千亿级硅基新材料产业链。
 
在各方努力下，集团的高纯石英国产化进程步伐加快推进：
 
做好顶层设计——成立高纯石英中试及产业化工作专班，由集团党委书记、董事长余纪云亲自任组长，集团领导班子任副组长，抽调精兵强将进行高纯石英产业化技术攻关。
 
加强部门协同——集团发展规划部、资源能源部、科技信息部等部门做好前瞻性规划，从资源控制、技术研发、量产加工等方面加强指导。
 
推进产业落地——集中力量办大事，组建豫地硅材料有限公司，协调地勘一院、地质五队、豫矿公司、有色金源实业有限公司等，充分发挥各自优势，全力打造国内首条基于本土花岗伟晶岩资源的高纯石英砂生产线。
 
2024年4月，一个2000平方米的高纯石英砂中试车间在有色金源实业有限公司建成，为集团实现产业化发展奠定基础。“这些矿石经过自主研发的生产线，36小时后就能稳定产出纯度超4N7级（二氧化硅含量99.997%）的高纯石英砂，可满足半导体、光伏等产业原料需求。”公司负责人介绍。

 
2025年3月31日，由集团主导的西峡县花岗伟晶岩型高纯石英砂生产建设项目顺利开工。项目总投资10亿元，建设内容包括建成年产10万吨矿石的花岗伟晶岩型高纯石英矿山1座，建成年产1万吨级光伏坩埚用砂及高端玻材用高纯石英砂生产线和年产8万吨级功能粉体材料系列生产线，实现不同品级高纯石英砂及长石粉、球形硅微粉、云母粉等功能性粉体产品的稳定生产。届时，一条完全由我国自主研发、自主建设的硅基新材料基地将全面建成，真正实现“把资源安全命脉握在自己手中”。
 
短短的几年内，集团首次在实验室突破4N8提纯技术，首次建成一条中试生产线，首次建成依托本土花岗伟晶岩型原料提纯制备高纯石英砂的试生产线，建成国内首个“花岗伟晶岩型高纯石英找矿勘查示范基地”。
 
眼下，集团高纯石英的产业化进程刚刚起步，以后还有很长路要走。展望未来，由“一块石”引出集团的“一号工程”，进而衍变出完整的“一条链”的产业跃升之路即将开启……
 
余纪云表示，下一步，集团将围绕培育新产业，以高纯石英砂为龙头培育硅基新材料产业链，进一步加快高纯石英资源勘查、矿权整合、提纯技术、产业化发展攻坚力度，构建包括高纯石英砂、石英坩埚、半导体材料、硅基芯片、石英管、光伏产品、高档玻璃等在内的产业联盟，形成独具优势的新质生产力，带动集团高质量发展，助推全省战略性新兴产业发展和现代产业体系建设。
 
资料来源：豫地科技集团