中國粉體網(wǎng)訊 石英作為一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，用途十分廣泛,，它在玻璃行業(yè),、建材工業(yè)、機械制造,、冶金工業(yè),、化工領(lǐng)域等被廣泛應(yīng)用，天然石英礦經(jīng)加工和提純后獲得的高純石英則在光纖通訊,、光伏,、電子、國防等關(guān)鍵領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用,，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和支柱性產(chǎn)業(yè)中不可或缺的基礎(chǔ)性支撐材料,。
不同的工業(yè)產(chǎn)品利用石英的物理化學(xué)性質(zhì)不同（如硬度、透光性,、絕緣性等）,，對石英原料和資源的要求和用量也不同，因此為提高石英資源的利用水平,，必須梳理其在各個行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)指標,。
工業(yè)硅
來源：新安股份
工業(yè)硅是硅礦石經(jīng)碳還原劑高溫在礦熱爐熔煉生成的一種基礎(chǔ)材料，位于硅基新材料產(chǎn)業(yè)鏈的初始端,，通過工業(yè)硅可以加工制造單晶硅,、多晶硅、有機硅,、鋁合金等基礎(chǔ)材料,，是光伏、半導(dǎo)體,、有機硅,、硅合金等下游產(chǎn)業(yè)的重要原料。
光伏行業(yè)用石英制品
石英是光伏行業(yè)的關(guān)鍵原材料之一,，主要應(yīng)用形式有石英坩堝,、石英管和各種石英器材。光伏行業(yè)的單晶硅和多晶硅都是高純物質(zhì),，這就要求與其配套的石英材料必須是高純的,。
來源：Pixabay
國家標準《GB/T 32649-2016光伏用高純石英砂》規(guī)定了光伏用高純石英砂的技術(shù)要求，標準適用于光伏用高純石英砂,，產(chǎn)品用于單晶硅,、多晶硅光伏生產(chǎn)用的擴散管、承載器及電弧法坩堝等石英制品,。
其中,，光伏用高純石英砂的粒徑應(yīng)在70μm~350μm范圍內(nèi),，且在該粒徑范圍的累積質(zhì)量分數(shù)應(yīng)大于或等于90%。粒徑小于100μm或大于300μm的累積質(zhì)量分數(shù)均應(yīng)小于1%,；光伏用高純石英砂中二氧化硅含量應(yīng)大于或等于99.99%,灼燒失量應(yīng)小于或等于0.01%,；光伏用高純石英砂雜質(zhì)元素總含量應(yīng)小于或等于25μg/g，其中鉀,、鈉含量總和小于2.5μg/g。
國家標準《GB/T 32649-2016光伏用高純石英砂》
各雜質(zhì)元素含量
石英坩堝具有耐高溫,、使用時間長,、高純度等特點，是太陽能拉制單晶硅棒的輔助性耗材,。高純石英砂是石英坩堝核心原材料,，其純度顯著影響拉晶效果。在光伏行業(yè)中,，石英坩堝中雜質(zhì)元素含量過高時,，石英坩堝在高溫狀態(tài)下容易析晶；Al含量過高時,，會影響拉制單晶硅的純度,；K、Na,、Li等堿金屬元素含量超標時,，將導(dǎo)致石英坩堝的軟化點大幅下降，造成坩堝坍塌,，使拉晶無法進行,。
來源：美晶新材
成都理工大學(xué)汪靈教授指出，通常來講,，光伏石英坩堝用內(nèi)層砂的代表原料為美國北卡羅來納州Spruce Pine地區(qū)的花崗偉晶巖石英,，其特點是w(SiO2)≥99.998%（4N8）且質(zhì)量穩(wěn)定。中層砂代表原料為印度等國進口的脈石英A級礦,，特點是w(SiO2)≥99.998%（4N8）,。外層砂主要代表原料為印度等國進口的質(zhì)量和穩(wěn)定性稍次的脈石英A級或接近A級的B級礦，特點是w(SiO2)≥99.995%（4N5）,。
半導(dǎo)體行業(yè)用石英制品
芯片制造主要由單晶生長,、晶圓加工制造、集成電路晶圓的生產(chǎn)以及后期封裝四個部分組成,。單晶生長需要用到石英坩堝和石英器件,。晶圓加工部分刻蝕、擴散,、氧化,、退火等步驟中需要用到大量的輔材石英玻璃,，如石英片、石英環(huán),、石英舟等高純度石英制品,，其中擴散步驟是在1000℃左右的石英爐管中將元素硼、磷等擴散入硅片,。
來源：凱德石英
半導(dǎo)體用透明石英玻璃管,、棒雜質(zhì)含量要求
在半導(dǎo)體行業(yè)，石英坩堝對堿金屬和過渡金屬等雜質(zhì)含量有較高要求,，堿金屬雜 質(zhì)會影響石英坩堝的熱學(xué)特性,，降低石英制品的耐溫性，使其熔點降低,，高溫性能變差,；過渡金屬雜質(zhì)會降低導(dǎo)電性，縮減半導(dǎo)體的使用壽命,，雜質(zhì)含量高還會產(chǎn)生氣泡和色斑等缺陷,，降低石英坩堝的透明度,，嚴重時還會影響石英坩堝成型,。
地方標準《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定了電子專用材料單晶硅生長用石英坩堝原輔材料的標準。
地方標準《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》
石英砂雜質(zhì)元素含量
由內(nèi)蒙古歐晶科技股份有限公司,、江西中昱新材料科技有限公司,、錦州佑鑫石英科技有限公司為主要起草單位編制的團體標準《半導(dǎo)體單晶硅生長用石英坩堝生產(chǎn)規(guī)范標準》中規(guī)定了半導(dǎo)體單晶硅生長用石英坩堝主要原輔材料的標準。
《半導(dǎo)體單晶硅生長用石英坩堝生產(chǎn)規(guī)范標準》
石英砂雜質(zhì)元素含量
光學(xué)光源用石英制品
石英玻璃可用于制造顯微光學(xué)儀器或機械系統(tǒng)的透鏡,、棱鏡,、反射鏡等，也可用于制造高性能燈,，如紫外燈,、汞燈、鹵素氙燈和高強度放電燈,。光源石英玻璃有很多種類別,，其中有金鹵燈用低羥基管、濾紫外石英管(UV),、鹵鎢燈用石英玻璃,、汞燈用使用玻璃、紅外加熱燈等,。其中金鹵燈石英管是要求最高的石英玻璃,，其羥基要求為1ppm~5ppm。
來源：石英股份
美國矽比科IOTA系列高純石英產(chǎn)品是目前全球生產(chǎn)石英玻璃的最優(yōu)質(zhì)原料，如IOTA STD,、IOTA CG等“低等級”石英砂可以作為低膨脹系數(shù),、高透光度的電光源、照明設(shè)備的主要原料,，用來生產(chǎn)高壓汞燈,、鹵素?zé)簟⒆贤饩�殺菌燈以及特種光源用石英管棒等,。
光纖行業(yè)用石英制品
來源：久智科技
光纖把持棒主要是在光纖預(yù)制棒和光纖拉絲過程中所使用的石英玻璃,，是生產(chǎn)光纖預(yù)制棒所必須的消耗性材料。光纖產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,，促進了石英預(yù)制棒和把持棒產(chǎn)業(yè)的成長,。光纖把持棒的石英玻璃因純度和羥基問題，不能直接作為光纖預(yù)制棒或光纖套管進行使用,，因為純度和羥基會降低光纖信息傳輸率，一般預(yù)制棒和光纖套管會使用合成石英玻璃,。
玻璃行業(yè)
玻璃行業(yè)是石英資源消費量最大的領(lǐng)域,，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車,、新能源等領(lǐng)域,，玻璃行業(yè)主要產(chǎn)品類型有平板玻璃、器皿玻璃,、鋼化玻璃,、光伏玻璃、電子玻璃等,。
來源：Pixabay
平板玻璃
目前我國制造平板玻璃,、鋼化玻璃等常規(guī)玻璃所用石英資源要求較低，可從規(guī)模大易開采加工的石英砂巖,、石英巖等資源中獲得,。
行業(yè)標準《JC/T 529-2000平板玻璃用硅質(zhì)原料》中有關(guān)平板玻璃用石英砂的化學(xué)成分、粒度組成等指標要求如下：
行業(yè)標準《JC/T 529-2000平板玻璃用硅質(zhì)原料》
平板玻璃用石英砂的工業(yè)指標要求
日用玻璃
日用玻璃產(chǎn)品主要包括瓶罐玻璃,、器皿玻璃,、儀器玻璃和醫(yī)藥玻璃，為食品,、釀酒,、飲料、醫(yī)藥等行業(yè)提供各種包裝配套和滿足社會消費需求,。石英砂是日用玻璃配合料中用量較大的原料,。
光伏玻璃
來源：福萊特
在選用原料方面，光伏玻璃使用的是超白石英砂,，而國內(nèi)天然超白石英砂較為稀缺,，僅安徽鳳陽,、湖南、廣東河源,、廣西,、海南等少數(shù)地區(qū)存有砂礦資源。
行業(yè)標準《JC/T2314-2015光伏玻璃用硅質(zhì)原料》
目前,，太陽能用玻璃國家標準為《GB/T 30984.1-2015》,，其中規(guī)定，超白壓花玻璃Fe2O3含量應(yīng)不高于0.015%,。當前光伏玻璃用低鐵石英砂質(zhì)量要求的行業(yè)標準為《JC/T2314-2015光伏玻璃用硅質(zhì)原料》,，各個企業(yè)在執(zhí)行過程中有偏差。
石英砂形成過程中伴隨著大量的雜質(zhì)礦物,，無法直接找到未經(jīng)處理就可以滿足光伏玻璃生產(chǎn)用的低鐵石英砂,，加工后才能用于光伏玻璃的配料。光伏玻璃對石英砂的質(zhì)量要求主要體現(xiàn)在四方面：鐵含量,、鈦含量,、粒度、難熔重礦物,。
光伏玻璃對石英砂的質(zhì)量要求
電子玻璃
電子玻璃產(chǎn)品包括高強蓋板玻璃,、超薄觸摸屏玻璃、TFT-LCD玻璃基板等,。其中,，TFT-LCD玻璃基板是顯示面板的關(guān)鍵材料，主要用作薄膜晶體管（TFT）陣列的底板和彩色濾光片（CF）的底板,。
來源：中研院
為了保證TFT-LCD玻璃基板化學(xué)成分的穩(wěn)定和避免有害雜質(zhì)元素的侵害,，需對石英原料進行選礦提純以控制Fe、K,、Na等有害雜質(zhì)元素,。石英原料粒度也是影響TFT-LCD玻璃基板質(zhì)量的重要指標，主要是因為玻璃熔融質(zhì)量與原料的粒度組成及粒徑大小相關(guān),，石英顆粒在無堿鋁硼硅酸鹽玻璃熔制過程中的溶解和擴散是漸變的,。根據(jù)硅酸鹽形成過程動力學(xué)，石英顆粒在玻璃熔體中的溶解速度取決于其擴散速度,，而石英顆粒的擴散面積與玻璃熔體的粘度決定了其擴散速度,，所以石英顆粒的粒徑越小，表面積就越大,，擴散面積就越大,，則反應(yīng)活化能就越大，使得石英顆粒更容易參與到玻璃熔體的形成反應(yīng)過程中，將減少顆粒未完全熔融情況,。因此,，TFT-LCD玻璃基板需對石英原料粒度進行嚴格控制。
凱盛石英材料（黃山有限公司）發(fā)布的企業(yè)標準Q/245400 KS 02-2020《TFT-LCD玻璃基板用高純石英粉》中對TFT-LCD玻璃基板用高純石英粉產(chǎn)品粒度指標,、化學(xué)成分指標等進行了規(guī)定,。
粒度篩析指標要求
激光粒度儀分析指標要求
化學(xué)成分指標要求
鑄造砂
天然硅砂是鑄造過程中最基礎(chǔ)、用量最大,、最重要的原輔材料,。近年來，我國原砂生產(chǎn)企業(yè)加大了對技術(shù)改造的投入,，并向綜合性方向發(fā)展,。產(chǎn)品品種日趨多樣化，水洗砂,、擦洗砂,、精選砂、覆膜砂等已能滿足我國鑄造生產(chǎn)發(fā)展的需要,。鑄造用石英砂要求價廉易得,、鑄型制造簡便、具有高的耐火度和熱穩(wěn)定性,，具有適宜的顆粒形狀和顆粒組成,，不易被液態(tài)金屬潤濕,。
來源：Pixabay
鑄造用硅砂按照SiO2含量分級和各級的化學(xué)成分
鑄造用硅砂按含泥量分級
鑄造用硅砂各粒度組成的細粉含量
3D打印砂為鑄造型砂中較為特殊的型砂,，隨著3D打印技術(shù)快速發(fā)展，是目前鑄造砂中用量增長較快的新類型,，3D打印砂通常要求石英顆粒強度高,，SiO2≥90%，Al2O3≤10%,，CaO+MgO<0.6%,，Na2O+K2O<0.4%，含泥量≤0.2%,，粒度0.053～0.3mm,。
壓裂支撐劑
石英砂因自身硬度大、不易磨損,、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且支撐劑價格相對低廉等性質(zhì)逐漸變成為油氣田壓裂工藝中主要使用的支撐劑之一,，在壓裂作業(yè)起著不可替代的作用，在低閉合壓力的儲層有較好的增產(chǎn)效果,，并在1500m的以下的淺井被廣泛使用,。
來源：Pixabay
可以作為壓裂支撐劑的石英砂，其石英含量一般在80%左右，對于更為優(yōu)質(zhì)的石英砂來說,，石英含量甚至可以達到98%,。中國天然石英砂支撐劑主要分布在新疆陸梁、蘭州安寧,、寧夏青銅峽,、河北圍場、內(nèi)蒙古赤峰和通遼等地,，常見的粒徑規(guī)格為20/40目,、30/50目、40/70目和70/140目,。
石英砂支撐劑各指標不同標準結(jié)果評定對比
符合標準的石英砂支撐劑一般要具備：為了方便泵入地下,，相對密度不能太大，一般認為體積密度≤1.50g/cm3,，視密度在2.5g/cm3即為密度較低水平,；強度高，在高閉合壓力下的破碎率�,�,；在高溫及化學(xué)環(huán)境中穩(wěn)定性好；圓球度好,，在井下支撐裂縫時可以保持較好的空隙,；價格便宜，原料來源廣,，制備,、生產(chǎn)工藝簡單等特征。
硅微粉是由天然石英或熔融石英經(jīng)破碎,、球磨,、浮選、酸洗提純,、高純水處理等工序加工而成的微粉,，具有硬度大、導(dǎo)熱系數(shù)低,、耐高溫,、絕緣和化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛用于覆銅板,、環(huán)氧塑封料,、涂料、建筑,、電路板,、陶瓷等領(lǐng)域,。
來源：錦藝新材
優(yōu)質(zhì)的高純球形硅微粉多用于半導(dǎo)體、電子等封裝材料,，這些產(chǎn)品要求純度高,、放射性低、絕緣等特點,，通常需要利用純度>99.99%的高純石英加工制備,，并且對Th、U等要求嚴格,。
國家標準《T GB/T 32661-2016 球形二氧化硅微粉》規(guī)定了球形硅微粉的物理指標和化學(xué)成分要求,。本標準適用于電子及電器工業(yè)中電子封裝料填料、覆銅板填充料等用球形二氧化硅微粉,，其他用途球形二氧化硅微粉可參照本標準,。
《GB/T 32661-2016 球形二氧化硅微粉》
球形二氧化硅微粉的物理指標要求
《GB/T 32661-2016 球形二氧化硅微粉》
球形二氧化硅微粉的化學(xué)成分要求
石英石板材
來源：中旗新材
人造石英石板材具有耐磨、耐刮,、耐熱,、抗腐蝕等特點，并克服了天然石材不可再生,、耐污性較差,、可能存在放射性等缺點，具有零甲醛,、無輻射,、硬度適中、抗污性好,、清潔環(huán)保等優(yōu)勢,，因而被廣泛應(yīng)用于櫥柜臺面、衛(wèi)生間臺面,、吧臺等裝飾領(lǐng)域,。
石英石板材對石英砂的質(zhì)量要求
人造石英石的填料主要是石英砂,，由于石英砂的質(zhì)量對人造石英石板材的質(zhì)量有直接影響,，因此生產(chǎn)高檔人造石英石板材原材料的選擇非常關(guān)鍵，主要是對白度,、透度,、雜質(zhì)、水分,、顆粒級配等有要求,。
石英玻璃纖維
來源：菲利華
石英玻璃纖維是由石英棒拉制而成，其特點有耐高溫絕緣,、耐燒蝕,、耐腐蝕,、隔熱透波、優(yōu)良的介電性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性,，廣泛應(yīng)用在軍工行業(yè),，神舟七號飛船中有使用石英玻璃纖維用于通信航天線罩和保護層，石英纖維可分9種石英新材料,，包括超細石英纖維,、高強可編石英纖維、新型連熔石英纖維等,。
參考來源：
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李作敏等.我國石英資源的開發(fā)利用特點及應(yīng)用進展
周全.石英砂提純及石英玻璃加工工藝的研究
李勇.石英砂（粉）原料對石英石板材質(zhì)量的影響
褚強等.石英產(chǎn)品的市場開發(fā)與應(yīng)用
王維康等.石英砂選礦主控因素及方法研究
胡曉宙.天然石英砂的應(yīng)用礦物學(xué)研究
宋攀等.石油壓裂支撐劑的研究進展
宋恩鵬等.壓裂支撐劑國內(nèi)外檢驗標準對比
李景等.國內(nèi)外碳化硅標準比對分析
石鈺.高純石英砂的制備及應(yīng)用研究進展
國家標準《GB/T 9442-2024鑄造用硅砂》
國家標準《GB/T 32649-2016光伏用高純石英砂》
地方標準《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長用石英坩堝生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》
《半導(dǎo)體單晶硅生長用石英坩堝生產(chǎn)規(guī)范標準》
行業(yè)標準《JC/T 529-2000 平板玻璃用硅質(zhì)原料》
國家標準《GB/T 32661-2016 球形二氧化硅微粉》
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