国产花岗伟晶岩制备高纯石英砂先驱——专访中科院合肥物质科学研究院陈健研究员

近十年来，中国科学院合肥物质科学研究院陈健研究员深耕石英砂提纯与深加工领域，为我国高纯石英砂技术与产业发展做出了突出贡献。为此，粉体技术网近日专程前往安徽合肥，对陈健研究员进行了专题采访。

粉体技术网：陈研究员，您好，请先简单介绍一下国内外高纯石英砂的情况？

陈健研究员：近两年，受光伏市场影响，高纯石英砂很火，尤其是坩埚用高纯石英砂，供不应求，价格也是水涨船高；但近期价格又开始降了，相信接下来一段时间，价格还会继续降。

国外高纯石英砂生产商主要是矽比科（原尤尼明）、挪威TQC，其中矽比科占主导地位，国内企业主要是石英股份。

粉体技术网：哪种类型的石英矿能生产高纯石英砂？

陈健研究员：目前，用于生产高纯石英砂的主流矿主要有2种：一种是花岗伟晶岩矿，以美国Spruce Pine矿床为主，很独特，虽然品位不高，但石英中的包裹体少，矽比科和挪威TQC用的都是这个矿，矿体储量大，适合长期加工提纯使用；另一类属于脉石英矿，该类矿单个矿体储量不大、分布零散，大多数是鸡窝矿，100个脉石英矿中，能有1个能做高纯石英原料就已经很不错了。

粉体技术网：高纯石英砂生产的难点在哪里？

陈健研究员：高纯石英砂生产，七分看矿石，三分靠技术。第一个难点就是要找到好矿石，第二个是Al、Ti等杂质和包裹体的去除技术。

粉体技术网：国内高纯石英砂提纯技术，与美国技术差距大吗？

陈健研究员：整体来看，国内外提纯技术都差不多，甚至我们在某些方面还领先于美国。

粉体技术网：国内的脉石英、花岗伟晶岩能生产高纯石英砂吗？分布在哪里？

陈健研究员：国内的脉石英矿很多，并且分布广泛，但能做高纯石英砂的不多，并且储量都很小，很难做到稳定供应。

花岗伟晶岩的话，我是这项技术的发明人，是国内首先提出用花岗伟晶岩做高纯石英砂的原料，并且也是在国内第一次用国产的花岗伟晶岩做出了高纯石英砂，纯度可以达到4N7级，这对国内高纯石英砂行业来说，可以说是一个重大突破。因为与鸡窝矿的脉石英相比，花岗伟晶岩矿储量非常大，像河南秦岭、新疆阿勒泰等地都有。

粉体技术网：国内采用花岗伟晶岩制备高纯石英砂的技术进展是什么情况？有企业在工业化生产了吗？

陈健研究员：以前国内的高纯石英砂是用脉石英做原料生产的，现在高纯石英砂的几家主流厂家都在用花岗伟晶岩做高纯石英砂，已经在行业占到了一个不小的比例，至少有10家已经工业化生产了。预计未来两三年，花岗伟晶岩提纯技术会逐步成熟，取代脉石英成为高纯石英砂的主要原料。

粉体技术网：有没有快速判断石英矿能否做高纯石英砂的方法？

陈健研究员：目前来看，还没有。首先，可以根据国家标准、地方标准或者企业标准对石英原矿进行检测对比分析，做出一个初步的判断；之后，则需要用高纯石英砂产品进行下游应用测试，比如做成石英坩埚，根据气泡、黑点及使用寿命等多方评估，才能最终判定这个矿石能否生产高纯石英砂，这个过程可以说是费时、费力、费钱。

粉体技术网：最近呢，有一些企业也在积极开展合成石英砂项目？这会对天然石英砂有影响吗？

陈健研究员：目前国内确实有一些企业在做合成石英砂，有的甚至也可以做坩埚内层砂，但是基本都处于实验室或者中试阶段，工业化生产的暂时没有。合成石英砂也是一个发展趋势，未来可能与天然石英砂在应用上互补吧。

陈　健

研究员

博士，中国科学院合肥物质科学研究院/合肥综合性国家科学中心研究员，中国科学技术大学博士导师，加拿大籍专家，中国科学院“百人计划”入选者，九三学社中央促创工委委员，中国非金属矿工业协会石英及石英材料专委会常务理事。主要研究方向为石英砂提纯与深加工、高纯硅材料提纯与应用、高纯硅材料检测技术。已经申报发明专利20余项，发表SCI论文100余篇。

在石英砂提纯方面，主要研究成果如下：

（1）发现了新型低成本绿色捕收剂聚醚胺（PEA），该捕收剂对环境友好，可在零度到室温均呈现为液态，克服了传统的捕收剂难溶于水，对浮选温度敏感的问题；该捕收剂还可在pH值2-10的范围内，特别是自然pH条件下对石英砂进行有效捕收。

（2）提出了利用PEA捕收剂的吸附量与石英砂的杂质含量有关的现象，采用浮选法将石英砂进行纯度分级，成功地将天然石英砂分级成为不同纯度的几组，其中高纯组的纯度要显著高于原矿的纯度，为石英砂纯度提高找到了一个新的途径。

（3）发明了通过长短碳链的胺类阳离子捕收剂组合浮选技术，实现了中性条件下有效分离石英与长石、云母等杂质，能够有效地提高石英砂的纯度，降低提纯生产成本，而且整个提纯过程没有废酸等污染物质排放，技术和产品均具有良好的市场前景。

（4）提出利用微波处理和混合酸酸浸方法提纯石英砂，Fe的去除率一次处理可达到99.94%，这是目前已知石英砂提纯中最高的Fe去除率，还利用微波处理大幅度降低了石英砂高温氯化处理的温度。

（5）根据研究的凝固动力学理论，提出了花岗伟晶岩是优秀高纯石英砂原料的观点，并且开发了相应的提纯技术，首先用国产花岗伟晶岩为原料成功地制备出了具有与美国矽比科（原尤尼明）石英砂微观结构相似、羟基含量低的高纯石英砂，纯度达到4N7级，在高纯石英砂行业产生了巨大反响，目前国内已经有多家公司和科研机构根据该理论生产出了优质的高纯石英砂，为我国突破高纯石英砂领域“卡脖子”技术难题带来了曙光。

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