中國粉體網(wǎng)訊 隨著碳達峰碳中和戰(zhàn)略的貫徹實施,，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入快車道。無論是光伏行業(yè)坩堝用高純石英砂,，還是光伏超白玻璃用低鐵石英砂，其市場需求都迎來了爆發(fā)式的增長。整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈對高品質石英礦源,，石英原料深加工技術的需求也顯得更為迫切,。2023年4月21日，第一屆光伏行業(yè)用石英砂技術與市場交流大會在安徽鳳陽隆重召開,，會議期間,，我們邀請到了業(yè)內(nèi)專家、學者,，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對話欄目,，進行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網(wǎng)對我國礦物材料學及石英原材料行業(yè)的知名專家,、成都理工大學汪靈教授的專訪,。
巨著出版，助力中國非金屬礦產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展
近日,，由國家科學技術學術著作出版基金資助,、地質出版社出版的《礦物材料學原理》一經(jīng)面世，便在非金屬礦行業(yè)內(nèi)引起了強烈反響和高度好評,。本書是迄今為止國內(nèi)外第一部關于礦物的材料屬性與應用的基礎性,、實用性和系統(tǒng)性理論著作，也是一本非金屬礦產(chǎn)資源高效開發(fā)利用的實用工具書,。我國礦物學泰斗,、中國科學院院士葉大年研究員在該書序言中寫道：“本書是關于礦物材料學的集大成之作，填補了礦物材料學的系統(tǒng)性理論研究空白,，豐富和發(fā)展了礦物學,，對于礦物材料學具有奠基性意義�,！�
據(jù)了解,，該書第一次印刷版在預售期間就全部售罄，為滿足大家需要又進行了第二印刷,，這在學術著作出版發(fā)行中是罕見的,。該書作者成都理工大學汪靈教授，在接受中國粉體網(wǎng)記者獨家專訪時,，分享了他寫作該書的心路歷程,。
汪靈教授告訴我們，寫作這樣一本書是他一輩子想做的一件事情,，而促使汪教授能耗費數(shù)十年之功完成這樣一本巨著的動力之一,，便是其博士生導師葉大年院士對他的殷切期望：寫一本好書，是一個科學家一生的奮斗目標之一,。
人生的目標,，往往離不開時代的背景。上個世紀八十年代初,，由于歷史原因,，我國經(jīng)濟落后,、百廢待興，在非金屬礦工業(yè)領域,，我國雖然非金屬礦產(chǎn)資源非常豐富,，但開發(fā)利用卻極為落后。因此,，老一輩的科學家大聲呼吁要重視非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用,，提出要“迎接新石器時代的挑戰(zhàn)”，那個時候剛大學畢業(yè)并且攻讀非金屬礦產(chǎn)地質與勘查專業(yè)的汪靈深受鼓舞,，下定決心要一生致力于我國非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用,。
2002年開始，國家在中國地質大學,、成都理工大學,、中國礦業(yè)大學、中南大學四所大學首批設立了礦物材料學博士點,，博士點設立以后,，涉及到教學和教材，也就是從那個時候開始,，汪靈教授感覺到了寫這本書的重要性和緊迫性,，并開始著手準備相關的國內(nèi)外資料。
在談及科研的選題方向時,，汪靈教授特別提到了中央所提出的四個面向：面向國際前沿,、面向國民經(jīng)濟的主戰(zhàn)場、面向國家的重大需求和面向人民生命健康,。而《礦物材料學原理》這本書之所以能夠在非金屬礦行業(yè)引起熱烈反響,，汪靈教授認為正是由于這本書的主題是面向我國對非金屬礦產(chǎn)資源高效開發(fā)利用的迫切需要，同時也面向了國家對礦物功能材料的重大需求,。
長期以來,，人們對礦物的研究主要集中在其資源屬性方面，隨著人類社會對礦產(chǎn)資源的需求日益增大,，以及對材料性能的要求不斷提高,，礦物材料屬性逐漸進入人們的視野，并越來越受到重視,。然而迄今為止,，國內(nèi)外還沒有一部關于礦物材料學的系統(tǒng)性理論著作問世。礦物材料學是誕生于中國的一門新興的綜合性的交叉學科,，《礦物材料學原理》的出版,，對我國非金屬礦產(chǎn)資源的高效開發(fā)利用，對加強礦物功能材料的研究與應用,，以及高層次人才培養(yǎng)和學科建設等方面都具有重大的意義,。
心系非礦,，推動戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)擴容
近些年，戰(zhàn)略性礦產(chǎn),、關鍵礦產(chǎn)等概念逐漸被人們所了解，一方面是國家層面的高度重視,，另一方面是學術界的大力推動,。在采訪中，汪靈教授告訴中國粉體網(wǎng)記者,，戰(zhàn)略性礦產(chǎn)是指對國家的經(jīng)濟,、國防和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關重要的礦產(chǎn)資源，或者并同時是我國有資源優(yōu)勢,、可以調控國際市場的礦產(chǎn)資源（可卡別人脖子）,，或者并同時是我國資源短缺、存在較大安全隱患的礦產(chǎn)資源（可被別人卡脖子）,。
非金屬礦產(chǎn)資源現(xiàn)已被廣泛應用于石油,、化工、冶金,、建筑,、機械、農(nóng)業(yè),、環(huán)保,、醫(yī)藥等行業(yè)，并越來越多地被用于國防,、航天,、通信等高科技領域，在經(jīng)濟社會發(fā)展中具有十分重要的作用,。隨著非金屬礦產(chǎn)的物理和化學新性質不斷研究與發(fā)現(xiàn),，以非金屬礦產(chǎn)為主要原料的礦物功能材料等新應用不斷拓展，在國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中正發(fā)揮著越來越重要的作用,。
作為《礦產(chǎn)保護與利用》戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)專輯的唯一特約主編,，汪靈教授根據(jù)我國非金屬礦產(chǎn)資源在國家經(jīng)濟安全、國防安全和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要作用,，結合礦產(chǎn)資源的保障能力與特色,，并根據(jù)前人的研究結果，在與國內(nèi)同行專家討論和交流基礎上,，建議將磷礦,、鉀鹽、螢石,、石墨,、石英,、高嶺土、葉蠟石,、膨潤土,、凹凸棒石、海泡石,、硅藻土,、重晶石、硼礦,、鋰礦,、鋯英石等15種礦產(chǎn)列為我國在當前和今后一段時期內(nèi)的戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)，而此前相關政策文件僅把磷,、鉀鹽,、晶質石墨、螢石等４種非金屬礦產(chǎn)列入了戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄,。
對于礦產(chǎn)資源開發(fā),，汪靈教授始終有個觀點：礦產(chǎn)資源有許多是不可再生的，老天只給了我們這一次機會,，因此,，我們要高效利用，從而實現(xiàn)它的有效保護,，否則就可能出現(xiàn)好礦低用,。汪靈教授用石英舉例說明，比如有一些石英礦產(chǎn)資源是很好的,，但是我們卻把它用到很低端的用途中,，這是一個很大的浪費。汪靈教授特別提醒,，我們做礦產(chǎn)資源一定時刻要有環(huán)境意識和資源保護意識,，這樣才能符合國家現(xiàn)在的開發(fā)利用的要求。
高屋建瓴,，奠定高純石英應用的理論基礎
據(jù)汪靈教授介紹,，高純石英是石英玻璃、硅材料及相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質基礎,，廣泛應用于電子信息,、光伏、光通信和電光源等行業(yè),，其中,，SiO2純度≥99.998%（4N8）的高純石英高端產(chǎn)品不僅是一種新材料和礦物功能材料，而且是半導體、光伏,、電子信息和高端電光源等生產(chǎn)必不可少的關鍵基礎材料,，也是我國芯片發(fā)展（晶圓制造與芯片封裝等）不可或缺的關鍵材料之一，在電子信息,、新材料和新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以及國防軍工,、國家安全中具有非常重要的作用和地位。因此,，汪靈教授認為高純石英應用前景非常廣闊,，并在高純石英系統(tǒng)性理論研究方面取得令人矚目的成果。
第一,，高純石英的概念與產(chǎn)品等級分類
汪靈教授根據(jù)研究結果，明確了高純石英的概念：高純石英是SiO2純度大于99.9%的石英砂系列產(chǎn)品的總稱,，其本質是以天然石英礦為原料經(jīng)提純加工獲得的具有極高SiO2純度且具有一定粒度的石英晶體原材料,，其概念應同時具備純度、粒度和礦物相三個特征,。
他根據(jù)我國行業(yè)生產(chǎn)及應用實際情況,，提出了高純石英產(chǎn)品等級分類：首先根據(jù)我國高純石英產(chǎn)品產(chǎn)生及應用情況，按SiO2純度將高純石英產(chǎn)品分為4個等級：高端ω(SiO2) ≥99.998%（4N8）,，中高端ω(SiO2) ≥99.995%（4N5）,，中端ω(SiO2) ≥99.99%（4N），低端ω(SiO2) ≥99.9%（3N）,。其中ω(SiO2)≥99.998%（4N8）的高純石英高端產(chǎn)品是一種關鍵基礎材料,、新材料和礦物功能材料。
第二,，石英的提純定律與高純石英原料品級劃分
據(jù)汪靈教授分析,，天然石英礦中都存在雜質礦物、氣液包裹體和類質同像替代等三類雜質,，其中：有一部分是可分離提純的,，這是石英提純加工可能性的理論依據(jù)；有一部分是不可分離提純的,，這就是石英提純加工局限性的產(chǎn)生機理,。
據(jù)此，汪靈教授清晰地提出了石英的提純定律：對于具有一定粒度的石英砂產(chǎn)品來說,，任何一種石英礦都存在一定的提純加工局限性,，在現(xiàn)有經(jīng)濟技術條件下都有一個提純極限值。換句話說,，一個石英礦能夠加工什么純度的石英砂產(chǎn)品,，是天生注定的。
汪靈教授根據(jù)提純加工效果對高純石英原料進行品級劃分，并將高純石英原料劃分為與高純石英砂系列產(chǎn)品等級相對應的4個等級,，即：A級,，又叫優(yōu)質礦或優(yōu)質原料，可用于提純加工SiO2純度4N8的高端高純石英砂產(chǎn)品,；B級,，又叫上等礦或上等原料，可用于提純加工SiO2純度4N5的中高端高純石英砂產(chǎn)品,；C級,，又叫中等礦或中等原料，可用于提純加工SiO2純度4N的中端高純石英砂產(chǎn)品,；D級,，又叫下等礦或下等原料，可用于提純加工SiO2純度3N的低端高純石英砂產(chǎn)品,。
第三,，高純石英四大技術是有機整體
大概在十多年以前，國內(nèi)在面對高純石英高端產(chǎn)品“卡脖子“問題時,，大多是認為國內(nèi)礦石提純的技不如人,。汪靈教授經(jīng)過多年系統(tǒng)的研究之后發(fā)現(xiàn)，并在當時首次提出了這樣的觀點：高純石英技術應該包括礦石的評價遴選技術,、提純技術,、產(chǎn)業(yè)化裝備技術和檢測技術四大方面，它是一個有機的整體,，既相互獨立,，又相互聯(lián)系和相互制約。因此,，發(fā)展我國高純石英技術是一項系統(tǒng)工程,，僅僅從某個方面努力是難以達到效果的。并首先明確指出,，其中以高純石英原料的識別,、評價與遴選技術最為關鍵。
高純石英加工技術的特殊性決定了高純石英加工生產(chǎn)裝備要求很高,，研發(fā)適用特殊工藝條件下的安全,、環(huán)保、節(jié)能,、高效的生產(chǎn)裝備至關重要,。由于高純石英的戰(zhàn)略地位非常重要，其高端產(chǎn)品的加工技術被美國,、德國等所壟斷,，并限制技術和產(chǎn)品出口，不可能進口其生產(chǎn)線，因此汪靈教授建議,，要實現(xiàn)我國高純石英高端產(chǎn)品國產(chǎn)化,，必須加強高純石英加工裝備技術研究。
同時,，在檢測技術方面,，汪靈教授指出，對于石英的SiO2純度和品級很難通過原礦直接測定,，一般是通過檢測原礦提純前后的雜質含量來界定SiO2純度和礦石的質量品級,。國內(nèi)檢測技術總體而言還沒有很好的統(tǒng)一，（雜質）沒測全,、測不準的問題容易引起行業(yè)的一些亂象,。
第四，解決高純石英“卡脖子”問題的關鍵所在
在談及當下高純石英高端產(chǎn)品的“卡脖子”問題時,，汪靈教授一針見血地指出,，我國4N8高純石英高端產(chǎn)品未能國產(chǎn)化的根本原因是，迄今為止還沒有找到能夠穩(wěn)定滿足工業(yè)生產(chǎn)需要的高純石英優(yōu)質原料,。因此,，發(fā)現(xiàn)能夠穩(wěn)定滿足工業(yè)生產(chǎn)需要的高純石英優(yōu)質原料（汪靈教授稱之為“A級礦”）是重點努力方向,，這也是解決我國4N8高純石英高端產(chǎn)品“卡脖子”問題的關鍵所在,。
高純石英原料的來源主要分為水晶、脈石英和花崗偉晶巖三種,。水晶礦床一般規(guī)模較小,，目前主要用作工藝品原料。現(xiàn)階段,，國內(nèi)高純石英資源的找礦方向主要側重于脈石英,。那么，國內(nèi)花崗偉晶巖石英找礦及開發(fā)利用進展如何呢,？
本次采訪中,，汪靈教授指出，美國尤尼明公司和挪威石英公司生產(chǎn)的高純石英高端系列產(chǎn)品能獲得國際壟斷地位的根本原因,，是擁有世界上迄今為止唯一發(fā)現(xiàn)的獨特的高純石英優(yōu)質原料——花崗偉晶巖石英,。
來自Spruce Pine的IOTA®白崗巖
汪靈教授介紹說，偉晶巖型石英已引起國內(nèi)的關注,，并在新疆阿爾泰,、北秦嶺等地區(qū)的找礦方面取得初步進展。在開發(fā)利用方面,，有人以北秦嶺偉晶巖石英為原料,，采用破碎、篩分、浮選,、高溫焙燒,、水淬和熱壓酸浸等方法，制備出4N高純石英砂,；以河南某地花崗偉晶巖為原料,，采用粗碎、煅燒水淬,、細碎,、磁選、浮選和酸浸等方法,，制備出4N5高純石英砂,。
同時，汪靈教授還指出,，我國并不缺少中低端高純石英生產(chǎn)的原料,，極為稀缺的是能夠加工4N8高純石英高端產(chǎn)品的優(yōu)質原料。根據(jù)汪靈教授的研究結果,，盡管天然水晶和脈石英可作為加工高純石英的原料,，但是能夠提純加工4N8高純石英高端產(chǎn)品的優(yōu)質原料也只是其中的極個別。汪靈教授由此推斷,，能夠成為4N8高純石英高端產(chǎn)品的花崗偉晶巖石英優(yōu)質原料,，也應當是眾多礦床或礦點中的極個別。
汪靈教授認為,，我們的任務不僅僅是要發(fā)現(xiàn)這片森林,，我們更重要的是要在這片森林中去發(fā)現(xiàn)那棵參天大樹，這個參天大樹就是其中能夠做高端產(chǎn)品的那個礦點,，雖然有一定難度,，但是經(jīng)過國內(nèi)同行的齊心努力，不光是在脈石英方面有可能取得突破,，在花崗偉晶巖石英方面也同樣有可能突破,，我們中國人最終一定能夠解決這個問題。
末尾的話：企業(yè)應實事求是,、量力而行
近兩年,，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展,，光伏用高純石英高端產(chǎn)品的價格也在不斷的攀升,，從而讓產(chǎn)業(yè)界,、資本界的眾多人士趨之若鶩。汪靈教授建議,，企業(yè)不一定都要去做高端產(chǎn)品,。因為,，各種等級的高純石英產(chǎn)品都有它們的應用領域和市場需求，例如中高端,、中低端產(chǎn)品也可用于芯片封裝,、覆銅板、拉管,、耐火材料等,，畢竟用于光伏石英坩堝的4N8高端產(chǎn)品只占我國高純石英市場的25%左右。汪靈教授建議企業(yè)根據(jù)自己礦的特點和優(yōu)勢有針對性的去做,，才能生產(chǎn)出市場需要的高附加值產(chǎn)品,。
有礦或有目標礦，這是第一步,，否則就如同無米之炊,。有了礦，需要知道自己的礦是什么,，能做什么,。也就是需要明確石英的礦床工業(yè)類型，大致了解石英礦的品級還有對應的高純石英產(chǎn)品的等級,。據(jù)汪靈教授介紹,，按照今天的技術手段，是可以比較準確地評價出來企業(yè)的礦能夠做什么,，然后再根據(jù)市場的情況有針對性的進行生產(chǎn),。企業(yè)只有實事求是、量力而行,、尊重科學,，才可能少走彎路,。否則,，如果企業(yè)盲目的以為自己的石英礦什么都能做，甚至只想做用于石英坩堝的4N8高純石英高端產(chǎn)品,，就會造成費時,、費力、費資金的現(xiàn)象,。
（中國粉體網(wǎng)采訪,、編輯/平安；經(jīng)汪教授審閱）
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