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石英是α-石英和β-石英及其各种变体的总称,具有耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小、高度绝缘以及独特的光学特性。我国每年各种石英矿物原料的用量在 1 亿吨左右,产品种类繁多,不同品种价格差异巨大。与其他非金属矿相比,石英矿物原料工业应用的一个显著特点是同时存在三种形式:利用矿物晶体固有的物理和化学性质,如3D打印砂、结晶硅微粉等; 提供有用化学成分,是硅酸盐材料的最基本原料;冶炼提取有用元素 Si,目前是金属硅及其提纯加工产物多晶硅和单晶硅的唯一原料。
石英可以按纯度分类为 2N、3N、4N、4N8、5N、6N 等级,价格差异大。也可以按应用形式分为 SiO2化学成分、Si 元素、石英矿物晶体。不同品质的石英其应用范围也有所差异:1)普通石英,利用 SiO2 化学成分(包括建筑玻璃、 光伏玻璃、陶瓷)、Si 元素(工业硅和有机硅);2)高纯石英,利用 SiO2矿物晶体(应用于制作光伏用石英坩埚、石英玻璃制品等)。
w(SiO2)99%±的石英产品应用领域:主要包括各种浮法玻璃、日用玻璃 (如玻璃杯、酒瓶等)、玻璃纤维、陶瓷、铸造(型砂和覆膜砂)、耐火材料、 冶金等。具体而言,在玻璃领域,根据其 TFe 含量有 w(TFe)≦0.08%的普砂, w(TFe)≦0.05%的精砂,以及 w(TFe)≦0.01%的低铁石英砂等品种。低铁石英砂近年来用量增长较快,主要用于生产超白玻璃和五粮液水晶瓶等。工业硅领域,对纯度要求不高,w(SiO2)>99.2%, w(TFe)<0.5%,但对石英原料块度和高温防爆性有一定要求。硅微粉领域,w(SiO2)介于 99%-99.9%,主要是用于电工电子和集成电路等各种二氧化硅微粉。这一纯度下的石英单价不高,单位质量产品的附加值不大,但其用量很大,工业产值十分可观。
w(SiO2)>99.9%产品是近年来石英附加值最高的应用领域,主要包括高纯石英及其玻璃制品等。其中,高纯石英砂国际公认是以美国尤尼明公司的 IOTA-CG 为标准,十二种元素杂质的含量小于 20ppm,其中碱金属(K,Na,Li) 分别小于 1ppm,除此之外,还要满足以下三项条件:(1)形态是具有一定粒度的砂粒状,而不是细小的粉体,粒度集中分布在 0.1-0.45mm;(2)物相 100%为石英晶体材料;(3) w(SiO2)>99.9%。
由于石英所具有的独特的物理、化学特性,使得其在航空、航天、电子、 机械以及当今飞速发展的 IT 产业中占有举足轻重的地位,特别是其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律,使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振效应以及其独特的光学特性,在许多高科技产品中发挥着越来越重要的作用。