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中國粉體網：大家好！我是中國粉體網的編輯記者安振華�！�2019全國石英大會”這兩天在徐州隆重召開。在此期間，我們將會邀請來自科研院所、高等院校的多位專家學者做客我們的對話欄目，并就石英的深度提純技術、高純石英行業(yè)如何做強、粉體技術工藝的重要性以及產學研協(xié)作等一系列議題發(fā)表他們的看法和建議，同時也介紹他們近期的一些科研成果。現(xiàn)在坐在我身邊的這位是來自成都理工大學的汪靈教授，汪靈教授是我國礦物學及礦物材料學的知名專家，在石英礦物學與應用領域取得了豐碩的研究成果。汪老師您好！
汪靈教授（以下簡稱“汪教授”）：你好。
© Song Weidong / Cnpowder.com.cn
汪靈教授
中國粉體網：通過您的研究，您認為哪種類型的石英礦石資源比較適合提純？以及評價原礦提純效果的指標有哪些？
汪教授：石英是一種非常重要的工業(yè)礦物，也是一種非常重要的造巖礦物，分布很廣，礦物的成因非常多樣，但是目前能夠被工業(yè)利用的、能夠達到工業(yè)化規(guī)模利用的有7種，這7種不能說哪一種好提純、哪一種不好提純，它們既然都是作為一種礦床工業(yè)類型，各自都有各自的用途，因為提純是一個相對概念，它們在各自的應用領域的提純是有效的。比如說，石英砂巖，它是我們目前玻璃工業(yè)用石英砂、鑄造用型砂、部分3D打印砂、以及現(xiàn)在壓裂用石英砂主要的原料。它的化學成分指標通常是SiO2含量為2N（兩個9，即99%，下同）左右，按照這個標準，許多石英砂巖還是好提純的，它是按照工業(yè)產品的要求來進行相對的提純。
有兩種礦床的工業(yè)類型，可能在提純上不適宜做太多的工作。第一種就是石英巖，石英巖實際上是石英砂巖等經過后期重結晶等變質作用而形成的，在變質過程中原巖中的雜質就被交結或包裹進去了，由于它的工業(yè)用途一般是瞄準SiO2含量2N左右的，簡單去除表面或開采過程中帶入的泥土等雜質是必要的，但如果過度地去提純也沒有什么意義。所以一般來講，石英巖一般不做更多的深度提純。還有一個天然的粉石英，超細的粉石英是一種含硅質的巖石，受到風化作用，能帶走的都被帶走了，二氧化硅比較穩(wěn)定就留下來了，天然超細粉石英由于很細，也不好深度提純。
每一種礦床工業(yè)類型在它的用途范圍內都有好提純的，也有一些比較難提純的。比如說脈石英，一般原礦的SiO2含量是2N甚至3N以上，如果按照普通玻璃對原料的要求，3N的脈石英根本就不需要提純了，但是脈石英有個特點就是，分布較廣，但儲量一般不大，不適合像石英砂巖、石英巖用于加工玻璃工業(yè)等大綜用途的石英砂，如果用它的話很快就用完了。脈石英需要進一步提純?yōu)橄?a href="http://m.zhanqunliushi.cn/zc/0533.html" target="_blank" style="color:#0000ff">硅微粉用2N到3N的，甚至是3N以上的高純石英，這個時候就涉及到提純問題了，這里面也有一些好提純的，也有一些不好提純的。實事上，根據(jù)我們的研究，同樣是脈石英，不同礦床或礦點的提純效果差別也非常大。
中國粉體網：高純石英技術都包括哪些方面，換句話說，石英砂企業(yè)應當從哪些方面入手來有效地提高石英砂產品的純度？另外，粉體的性質及粉體加工工藝對于高端石英材料有什么影響？
汪教授：高純石英是一個大概念，按我的理解和定義，只要SiO2的純度能夠達到3N以上，就應該很純了，這個時候就可以定義為高純石英。但是根據(jù)它的提純加工的難易程度或用途和銷售價格，高純石英還可以劃分為低端、中端、高端的產品。我們一般根據(jù)國外的產品情況，把SiO2含量為3N到4N的劃分為低端產品，許多脈石英的原料經過一定的加工基本都能達到這個要求；4N到4N8的為中端產品，這個就不是所有的脈石英能夠達到要求的，其中一部分能夠達到要求。另外，4N8以上的被定義為高端產品，國內還不能批量生產，還靠進口解決，目前幾乎被美國尤尼明公司所壟斷。
這里面很大程度在于原料問題，過去我們老是覺得我們的提純技術問題，不如國外先進，老在在這一塊兒做文章，后來發(fā)現(xiàn)進入了一個誤區(qū)，實際上我們應該轉變思維，應該是去找天生麗質、雜質含量少、容易提純的原礦，美國尤尼明就是因為他們這樣的一個好礦，如果換成另一個礦，也就不一定能生產出尤尼明產品來。
高純石英技術，不只是高純石英提純加工技術，而是由四大技術組成，一是高純石英原料的遴選技術，怎么樣去判斷什么樣的礦是最好的；第二才是提純加工技術；第三是工業(yè)化技術，因為還有設備放大問題；第四是質量檢測技術。這里面最難的、目前首先需要解決的是高純石英的原料選擇技術，或者說是高純石英優(yōu)質原料的找礦問題。這個行業(yè)現(xiàn)在面臨的問題，過去我們以為它是選礦問題，現(xiàn)在我們應該換個思維，應該是優(yōu)質原料的找礦問題。很高興的是，我提出這個看法后，業(yè)內已開始注意到這個問題，我們正在齊心協(xié)力地往這個方面攻關，現(xiàn)在已經取得比較好的進展了。
另外，在石英原料的應用領域中涉及粉體的有一段，就是SiO2含量2N到3N的，主要做硅微粉，是正兒八經的粉體，其余的主要是砂，砂是有一定顆粒粒度要求的，粉體是很微細的。硅微粉這些年得益于我國產橡膠、塑料、電工等行業(yè)尤其是集成電路、電子信息等戰(zhàn)略性新興產業(yè)的不斷發(fā)展，是石英比較新的用途，而且用量逐年增大、品種不斷豐富，目前國內在滿足電工絕緣、普通集成電路需要的硅微粉方面解決得比較好。
我們國家今后還有一塊兒是需要努力的，就是芯片封裝用的硅微粉，進口的芯片是已經封裝好了的，目前芯片封裝級的硅微粉這塊的市場在國內還沒有體現(xiàn)出來。但是隨著我國攻克芯片的技術難點，這塊的問題也將隨之提出來。目前來講，芯片封裝級的硅微粉是特殊的硅微粉，是球形的、不定形的、高純的二氧化硅粉體材料，也是粉體里極品級的材料。
中國粉體網：石英有哪些應用領域的市場需求是比較大的？
汪教授：我們國家作為第二大經濟體，對石英的需求量已經超過美國，截至2018年4月份的數(shù)據(jù)，美國石英原料的用量是8000萬噸左右，但是他們有一半甚至超過一半的原料用在壓裂支撐劑用石英砂。我國去年同期有1億噸左右的石英使用量，第一主要是用在玻璃行業(yè)，因為我們國家是玻璃產能世界第一；第二是用在鑄造行業(yè)，因為我們國家是鋼鐵產能世界第一；還有一部分用在陶瓷、建筑裝飾和工業(yè)硅等，多晶硅、單晶硅都是以工業(yè)硅為基礎進行深加工純化而來的。
在高純石英這塊兒，受價格等制約，我們的高端產品用量還不大，而是大多是中低端的產品。4N8以上的高端高純石英沒有穩(wěn)定批量的工業(yè)化產品出來，目前幾乎全部進口美國尤尼明的產品。
中國粉體網：您認為我國整個石英產業(yè)鏈要向更高層次、更高質量方向上發(fā)展，目前比較缺乏的是什么？
汪教授：這次在徐州召開的2019石英大會，表明這方面的我國石英相關企業(yè)單位是相當多的，僅僅以石英為主題，這樣一個會議有七八百人注冊參加，這在國內所有其它非金屬礦種當中，目前可能是罕見的，也可能是唯一的。
實際上來參會的大多是與硅產業(yè)相關的上游的、提供石英的企業(yè)，如果把下游的全都算進來可不得了，比如就以玻璃為例，各種玻璃制品全部加起來就有兩三千個億的產值，我們目前玻璃的人均用量大概是15公斤，如果按照歐美的人均45公斤來算，我們的產能還要增加兩倍，我們的石英砂原料還要翻幾倍才夠，這還僅僅是普通玻璃。
高純石英是重要的基礎原材料，其中的高端產品是國家關鍵基礎材料，也是一種礦物功能材料。以它為原料加工的下游的產品，各種各樣的石英制品、石英材料，那些產值可能還要大得很多。如果把單晶硅、多晶硅也算進去的話，生產出的芯片的產值那就更大了。據(jù)有關資料，去年我們進口芯片所花的外匯超過進口石油和鐵礦石的總和。所以，我在2018全國石英大會上提出我們現(xiàn)在處于“硅時代”，并據(jù)此提出硅產業(yè)是硅時代最重要的產業(yè)之一，石英是硅時代最重要的礦物資源之一，這是很有道理的。
搞石英上游原材料這一塊兒，是支撐硅酸鹽工業(yè)和新材料以及電子信息等產業(yè)發(fā)展等很基礎的東西，但是，在上游還真沒有一家像樣的、全國性有影響的、乃至國際上有影響的世界級公司。但是在中下游的石英玻璃制品領域，已經有一些企業(yè)崛起了，比如說菲利華，以高純石英為原料，做成石英玻璃制品，尤其是石英玻璃纖維，還有太平洋，它是用高純石英為原料主要做光電源用石英制品等。也就是說，有一些中下游企業(yè)是做得比較好的。
但是，以石英原料這個角度來看就沒有一家，目前供應商企業(yè)還處在比較小、比較散、生產還比較落后、甚至對環(huán)境還有一定影響的階段。這方面要適應我們國家硅產業(yè)整個大的發(fā)展，可能今后上游石英這一塊兒要通過技術、資源（包括資本和礦山）的整合才有可能。我也想過這個問題：為什么說沒有一家做得像尤尼明這么大型的石英原料公司？
石英這件事情看似簡單，但技術含量蠻高，石英本身的礦床工業(yè)類型就很復雜，每一種類型里又有不一樣的成礦地質背景，一般人進入這個行業(yè)還是一頭霧水，搞這個產業(yè)的人既要求有地質學的知識，又要有材料學的知識，又要有選礦的知識，現(xiàn)在這些方面還沒有被整合起來。比如說，要做一個大的企業(yè)如果有資金、沒技術就不行，有技術、但沒礦山也不行，所以還是需要整合。
現(xiàn)在國家集成電路和芯片產業(yè)投資基金二期成立，這是很好的事情，石英屬于集成電路和芯片卡脖子的點位之一、技術攻關點之一、要突破的瓶頸之一，現(xiàn)在需要把資金、技術、還有礦山結合起來，才有可能做出像尤尼明這樣一個大型的企業(yè)出來，徹底突破高純石英高端產品的技術瓶頸。
高純石英的四個技術關鍵是找礦技術，我們在努力，現(xiàn)在如果結合國家的集成電路和芯片發(fā)展戰(zhàn)略，有兩塊兒東西是需要攻克的，一個是用于晶圓用單晶硅，是特殊純度的，今天肖所長講到，這種單晶硅的純度是12N，石英和硅是兩個概念，硅是石英提純出來的，石英是硅的氧化物SiO2，這12N的單晶硅不可能是在2N的石英坩堝里生長出來，SiO2純度4N8以上是最基本的要求，只有它的污染最小，并能經受單晶硅生長制備條件的考驗，這是一個方面。
另外，晶圓做出來以后需要封裝，封裝需要球形硅微粉，球形硅微粉也是以高純石英為原料經過后續(xù)加工得到的，這方面由于市場不在國內，目前這個產品是日本技術領先。隨著我們國家在這一塊兒的突破，我們不可能指望用其它國家的球形硅微粉，這些都應該作為集成電路和芯片的一套思路一并來布局。如果能夠納入這個計劃，加上我們科研人員多年持之以恒地研究積累，應該說中國解決高純石英高端產品這種關系國家的重大問題是能夠解決的，我們也有這個信心！
中國粉體網：我們在走訪企業(yè)調研過程中，發(fā)現(xiàn)有實力的石英砂企業(yè)表示很需要學術界的技術指導或者提供一些創(chuàng)新的思路，請問您的科研成果在企業(yè)中的應用情況？以及您對我國的產學研協(xié)作的現(xiàn)狀是怎樣看的？
汪教授：上游石英原料企業(yè)整體還是比較散，小型的企業(yè)多，比如說做玻璃用石英砂的企業(yè)做得順風順水，它可能就沒有想過做其它產品，而一些高端產品還沒有開展起來，沒有競爭實力的企業(yè)也不會介入，所以這方面還是比較薄弱的。
我們在做這件事情的時候，基于我們對前面的攻克這個問題的基本的技術路徑，我們暫時沒有走產學研這一步，因為我最擔心的是，某個企業(yè)說自己有一百萬噸的礦，委托我們做，然后，花了三五年，因為每一個礦都有一個提純極限，當企業(yè)雄心勃勃把錢給你以后，本來只能做低端產品，他說要做成中端產品，你是做不出來的。你會為了他這一點所謂的協(xié)作費耽誤很多年，回過頭，你會被別人甩遠了。
這些年，我們之所以能夠做得很好，有了突破，是因為我們擺脫了這個東西。現(xiàn)在我們國家自然科學基金也是蠻好的，我目前做這個工作主要是靠國家自然科學基金在資助，連續(xù)做了兩個高純石英的科研項目。這樣能夠使我不被不應該做的事情牽著鼻子走，堅持做了十多年，這樣我們把時間和精力騰出來，統(tǒng)攬全局，潛心鉆研，從真正的國家需求和國家戰(zhàn)略問題入手去解決卡脖子的問題。
但是我想，最后這些成果的推廣應用當然還是要走產學研之路，科研人員不可能自己有礦、有那么多資本，只有產學研合作才可能成果轉化，這也國家高校雙一流學科建設的基本要求。但是目前這個行業(yè)盡管都很重視，但還是沒有真正起來。所以從我課題組的角度，瞄準的是更高端的，國家的關鍵需求和關鍵用途方面。我們期待與有關方面合作，做大做強石英原料企業(yè)，共同實現(xiàn)這個石英行業(yè)的中國夢！
中國粉體網：感謝汪教授接受我們的采訪，今天的采訪到此結束。謝謝。
（本文由中國粉體網編輯記者依據(jù)采訪視頻整理而成，經汪教授審訂。）
附：汪靈教授簡介
汪靈，國家二級教授，博士生導師；國務院政府津貼專家，四川省學術與技術帶頭人；先后任《礦物學報》、《礦物巖石》和《礦物巖石地球化學通報》編委；中國地質學會礦物學專委會委員，中國礦物巖石地球化學學會礦物巖石材料專委會副主任、礦物物理礦物結構專委會副主任、工藝礦物學專委會副主任、新礦物及礦物命名專委會委員，中國硅酸鹽學會工藝巖石學分會副理事長；先后主持國家自然科學基金面上項目7項，國家科技攻關重點項目課題和國家公益性行業(yè)科研專項課題等多項；以第一發(fā)明人獲授權國家發(fā)明專利33項（其中高純石英發(fā)明專利7項），發(fā)表學術論文157篇，獲中國科學院院長獎學金特別獎和湖南省科技進步獎等科技獎多項，先后培養(yǎng)博、碩士研究生63名。
