石英提纯定律：破解高纯石英“卡脖子”困局的理论基石

  2025年11月20—21日，由中国粉体网主办的第九届全国石英大会暨展览会在江苏徐州盛大召开。会议聚焦高纯石英砂、石英制品、硅微粉等核心议题，吸引了全产业链同仁齐聚。会议期间，中国粉体别邀请到我国矿物材料学和高纯石英领域知名专家——成都理工大学汪灵教授

  中国粉体网：汪教授，我们关注到，您今年发表的《石英提纯定律研究》一文，引起业内的高度关注和广泛好评，想向您请教，这篇研究的创作背景是什么？其核心学术价值与行业意义又体现在哪些方面？

  汪教授：首先衷心感谢粉体网对我们工作的关注与支持！记得这篇与之相类似的文章发布后，粉体网第一时间就给予了报道，后续数据也很亮眼，这份传播力让我们深感认可与鼓舞。今天会上我简要介绍了“石英提纯定律”，这是今年我国高纯石英产业公开报道的最重要的学术技术信息之一。它的发表，标志着我国在石英领域，特别是高纯石英的理论认知层面，实现了新的突破与跃升。过去行业内都会存在“技术万能”的认知，认为只要技术达标，就能加工出任意规格的石英产品。我们最初也持有类似观点，曾认为问题的重点是技术短板而非矿石本身；但经过大量实验研究与系统调研分析后，我们得出了一个核心结论：在当前经济技术条件下，要生产出符合质量发展要求的高纯石英产品，技术是重要支撑，但更重要的是依赖矿石本身的天然资源禀赋与自然属性。

  这一理论认知的突破，对我国高纯石英产业意义重大——要知道，目前该领域我们仍面临“卡脖子”困境，而这一定律的提出，正是为破解难题提供了关键的认知指引与理论基础。

  以光伏坩埚内层砂为例，核心的内层砂仍需从美国和挪威进口——不仅产量有限，售价还居高不下。原本整只坩埚都该用最高品质的高纯石英砂，现在只能在内层少量使用，中外层则搭配品质稍低的高纯石英砂料。这部分中外层砂的矿石原料，主要依赖从印度进口。直到今天，行业依然是这个现状：要么直接进口成品砂，要么进口矿石原料。从产业链、供应链安全来看，我们还有大量工作要做。其实我们早就着手相关研究，最初也坚信国内矿石能达标，但研究后发现——这也是我今天报告里提到的关键：国外的优质矿石，经过一套标准化学提纯工艺就能达到一定的要求；而国内部分矿石，即便反复提纯加工试验，甚至不计成本投入，也难以达到合格标准。

  这些试验让我们得知了一个此前未被充分认知的关键——矿石的自然属性至关重要。在对天然水晶、脉石英、花岗岩石英等进行大量研究后，我们明确：每一种矿石都有其由自然条件决定的、相对固定的二氧化硅纯度上限。这也代表着，在当前经济技术条件下，一种矿石能加工出何种等级的产品，其实早已由其自然属性决定。2022年粉体网就曾用“你的矿能够加工什么纯度的石英砂产品，天生注定”这样精准的表述做过精彩报道。今年，我们通过更系统严谨的论证，将这一核心观点以正式学术论文的形式在权威学术期刊《岩石学报》公开发表——这对行业健康可持续发展极具意义，也让我们找准了努力方向：除了持续提升提纯加工技术，更要把重心放在找矿上，发掘优质矿产资源，这才是保障我国相关产业供应链安全的关键。

  石英提纯定律的价值，从我国174号高纯石英新矿种的设立就能充分证明。假如没有这一定律所揭示的“纯度天花板”——要是任何矿石都能加工出任意等级的产品，这个新矿种就没必要设立。而它的成功设立，本身就是对这一定律的有力印证。

  其次，石英提纯定律的存在，为矿产资源评价提供了关键理论依照。借助这一定律，我们能提前研判矿石的自然属性，为其合理定位与高效开发提供明确支撑；若没有这一定律，行业就缺乏这样科学的评价依据。

  第三，这一定律还为高纯石英等矿产的品级划分提供了明确依据。以高纯石英为例，可根据其最终能提纯加工的产品等级，划分为A、B、C、D四级：A级对应高端高纯石英产品，B级对应中高端产品，C级对应中端产品，D级对应低端产品，为矿石品级的科学划分提供了清晰指导。

  最后，这一定律的重要意义还体现在对我国高纯石英产业高质量发展的战略指引上。有人评价，它揭示了我国高纯石英产业的核心矛盾与关键规律——核心症结在于矿产资源。因此，要破解国内产业困境，除了持续优化提纯加工工艺，更需大力推进找矿工作与地质学研究。

  令人欣慰的是，随国家174号新矿种的设立，加之行业内外的共同努力，当前国内找矿热情高涨。高纯石英找矿已被相关部门列为“十四五”期间的重要方向，我相信“十五五”期间也将持续重点推进。可见，这一定律无论在行业发展还是国家战略层面，都具备极其重大价值。

  中国粉体网：本次会议您聚焦伟晶岩型高纯石英这一方向，其在当前石英行业中的战略意义是什么？为何选择在大会上重点分享这一主题？

  汪教授：石英大会无疑是石英原材料行业最具影响力的会议。这次选择重点分享花岗伟晶岩石英相关联的内容，根本原因是：国际上最知名的高纯石英产品来自美国，其原料正是典型的花岗伟晶岩石英，如今它已成为半导体级、光伏级高纯石英的国际标准，也是我们的追赶目标。美国的成功开发引发国内广泛关注，花岗伟晶岩石英也因此成为当前国内研究的热点与重点。

  前几次会议我仅零星提及相关联的内容，当时因研究积累不足未能系统分享。此次之所以详细的介绍，一方面是由于其行业重要性，另一方面是这些年我们已完成对新疆阿勒泰、秦岭以北（陕西、河南）、川西、云南、内蒙古等多地样品的系统分析，对该矿床工业类型的石英形成了较为系统的认知，希望借此次风向标式的行业会议，集中展示研究成果。当然，我在会上也提到，我们的工作仍有局限性，不能涵盖所有情况，但相信能为行业内的矿产开发、产品研制从业者提供有价值的参考。

  中国粉体网：伟晶岩型高纯石英原料在中国的资源分布有何特点？相较于脉石英等别的类型原料，它的核心优势是什么？

  目前重点区域主要有几大块：新疆阿勒泰地区位于多金属成矿带，前人已发现的花岗伟晶岩脉有成千上万条，储量规模远超当地脉石英；秦岭以北的陕西、河南一带，作为我国重要的伟晶岩型多金属成矿带，花岗伟晶岩脉同样广泛分布，数量可观；川西高原（含四川至青海区域）的花岗伟晶岩脉也数以万计，且以含锂辉石为特色；此外，内蒙古、云南等地也有不少分布。

  正如我在报告最后提到的，花岗伟晶岩石英与脉石英、天然水晶一样，可按提纯后的品质划分为A、B、C、D四级。此前因研究有限，我们曾推论：在众多花岗伟晶岩石英中，能加工高端产品的优质矿（A级矿）也应当仅为极个别。经这几年我们与行业同仁的研究验证，这一推论已得到证实。不过需要说明的是，目前我们的研究样品中，尚未发现能与美国、印度优质矿相媲美的花岗伟晶岩石英原料，这也是行业后续需要持续发力的重点。

  中国粉体网：与国外主流的花岗伟晶岩型高纯石英资源相比，中国典型的伟晶岩型石英原料在矿物学特征、杂质赋存状态等方面，有哪些最显著的区别？这些先天差异决定了提纯加工技术路线有哪些“独特性”？

  汪教授：不一样的地区花岗伟晶岩石英的品质差异，本质是深层的地质学问题。今天我已系统展示了美国、印度、巴基斯坦及中国重点区域的矿石样品，大家能明显看到外观上的区别；而无论是标准化学提纯法，还是叠加氯化焙烧的深度提纯，结果也印证了这种差异的存在。

  我国相关地区的花岗伟晶岩石英，提纯后有个突出特点：铝、锂、钛含量普遍偏高。其中锂的残留量虽相对可接受，但常规提纯工艺难以逐步降低，不过美国School House矿的半导体级IOTA-8系列产品，已实现将锂含量从小数点后一位降至两位，说明仍有优化空间，需行业共同探索。锂方面，业内对坩埚等高纯石英制品的要求是≤1ppm（部分场景需≤0.5ppm），但我国样品中锂含量多在2-3ppm，甚至更高，会直接引发石英产品析晶。钛的问题更突出：美国标准为≤1.5ppm，我国样品中除个别情况外，钛含量普遍达2-8ppm，且提纯难度远超锂。钛的赋存状态决定了去除难度——若以杂质矿物形式存在尚可处理，但四价钛与四价硅形成类质同象、替代晶格中硅的情况，目前尚且没有有效提取手段，这也是“石英提纯定律”提出的重要学术与技术背景。从实践来看，钛含量偏高会直接影响产品性能：光纤、光学材料中会干扰折射率，会降低力学强度，因此它已是不可忽视的关键杂质。

  综上，我国花岗伟晶岩石英资源储量丰富，但在核心杂质（铝、锂、钛）含量及部分产品性能上，与国外优质矿仍有差距，后续需持续深化地质学研究与提纯技术探索。

  中国粉体网：当前我国伟晶岩型高纯石英原料的开发利用处于什么阶段？面临的主要瓶颈有哪些？

  汪教授：当前行业积极性已充分调动，国家层面及科研院所、大专院校、地质队等各类机构均在布局推进花岗伟晶岩石英相关的矿产资源调查评价工作，整体态势良好。

  这里需明确一个关键概念：花岗岩石英包含花岗伟晶岩石英（简称伟晶岩型石英）和白岗岩，二者虽同属浅色花岗岩，化学成分可能相似，但存在很明显区别——按岩石学定义，伟晶岩型石英具有伟晶结构，其石英、长石、云母等矿物晶体粒径通常≥10毫米；而白岗岩不具备这种伟晶结构。

  根据中国科学院地质与地球物理研究所吴福元院士的研究，伟晶岩型与白岗岩型石英在空间上存在结晶分异关系与伴生关系。过去行业更多关注伟晶岩型，如今研究之后发现，白岗岩或许是值得着重关注的新方向。目前我们已开展相关样品测试，虽从已发表成果来看，白岗岩在重点区域尚未形成普遍性优质矿产出，但已有部分样品表现良好，这无疑是重要进展。

  当前新疆等地已释放部分矿权，相关单位也在加大投入，随着行业研究与开发工作的推进，后续有望实现新的突破。

  中国粉体网：您认为，面对国外高纯石英产品的市场垄断，国产高纯石英要实现进口替代，还需要在哪几个方面发力？

  汪教授：结合我们的研究及石英提纯定律的启示，要保障我国高纯石英产业及供应链安全稳定，核心方向仍需聚焦高纯石英优质矿（A级矿）的发掘与利用。

  目前国产脉石英已取得实质性进展：前几年报道的相关研究已落地，针对该矿特性搭建了专属全自动化提纯加工生产线，目前进入产品验证阶段；受今年行业淡季影响，验证进度有所放缓，但产业化已推进至关键环节。

  今年春天，我在粉体网主办的会议上还分享了石英岩提纯加工的重要突破——过去行业普遍低估其价值，认为仅能用于普通浮法玻璃、超白玻璃等中低端产品，而我们的研究发现，部分石英岩具备生产高端高纯产品的潜力，且化学指标表现优异。因相关论文尚未发表，这一进展未列入我今天会上讲的今年石英行业三大公开重要信息。

  这些阶段性成果让我们对破解高纯石英供应链安全难题充满底气与信心。通过行业各界的共同努力，我们完全有能力保障国内供应链安全稳定。

  中国粉体网：汪教授，从技术转化角度，高校的科研成果如何更好地与企业结合，落地到实际生产中？您在产学研合作方面有哪些经验或建议？

  汪教授：你关心的这样的一个问题已超出石英领域本身，是个很有价值的宏观议题。其实核心答案很明确：国家提出的“四个面向”——面向人民生命健康、面向国民经济主战场、面向国家重大需求、面向国际前沿，正是科研选题与成果转化的关键指引。

  只要科研立项紧扣这“四个面向”，本身就贴合国家和市场的核心需求，成果转化自然顺理成章——服务重大需求、解决产业痛点、关乎民生健康的研究，必然具备天然的转化基础。有关部门若按这个方向布局项目、引导选题，也能从源头上降低转化难度。

  我这些年在页岩陶粒、高纯石英高端产品的成果转化能受到关注，核心就是选题源于国民经济主战场和国家重大需求，长期深耕后自然具备转化条件。当然，科研工作者也需多向企业学习，在实践中了解市场、积累经验，这能进一步加速成果落地。

  当前成果转化是行业关注的重点，也是难点。若能始终以“四个面向”为导向做科研选题、布局项目，相信会有效改善这一局面。