無論是電子工業(yè)，還是眾多的高科工業(yè)，都離不開由石英砂和離純、超純精細(xì)石英砂支撐的石英玻璃，周邊國家和原料基本自足，超純石英砂世界少有出口進(jìn)口，1噸超純石英砂需要6萬元人民幣，進(jìn)口1噸更精細(xì)的超純石英砂的價格則達(dá)到了16萬元的天文數(shù)字。令人尷尬的是，我國石英砂的提純和規(guī)模化開采目前依然處于艱難的探索階段。
一、石英玻璃的戰(zhàn)略地位
石英玻璃具有一系列優(yōu)良的物理化學(xué)性能，熱膨脹系數(shù)很小，理論上可達(dá)到零膨脹。石英玻璃的透光性能良好，不僅能透過可見光，還能透過紫外線和紅外線。石英玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和電真空性能良好，是很好的耐酸材料，高溫真空度可達(dá)1×10-5。
正由于具備這些優(yōu)良的特性，石英玻璃才被廣泛地應(yīng)用于高新技術(shù)領(lǐng)域，如半導(dǎo)體技術(shù)集成電路制造、光纖通訊、激光技術(shù)、航天技術(shù)以及國防軍工部門。在民用領(lǐng)域，石英玻璃被廣泛應(yīng)用于家電、照明光源、紫外線殺菌、紅外線加熱、光固化、化工合成、鋼鐵工業(yè)連鑄技術(shù)玻璃窯爐和玻璃深加工工業(yè)紡織造紙、食品工業(yè)熱工以及電工材料等領(lǐng)域。
石英玻璃是以二氧化硅單一組織構(gòu)成的特種工業(yè)技術(shù)玻璃，二氧化硅含量高達(dá)99.995%。并且，隨著高新技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更多領(lǐng)域使用的石英玻璃對于硅材料的要求越來越高。以DRAM為代表的集成電路基本上是每3年集成度要提高4倍。IC復(fù)雜度以及規(guī)模的提高，使得管心面積不斷大。因而需要大直徑的硅片，這就對硅材料的純度和幾何精度特別是平整度要求越來越高。石英玻璃材料被普遍要求所含顆粒的尺寸也相應(yīng)減小，一般遵守1/3法則，即采用顆粒與缺陷的尺寸大于1/3的石英玻璃都是有害的，對硅片的位錯、電阻率、缺陷等也都提出更高要求。
趨向于越來越高集成度要求的現(xiàn)代工業(yè)，對石英坩堝、石英大管及其他石英玻璃制品的質(zhì)量要求自然越來越高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對石英玻璃的需求也越來越大。相應(yīng)地對制造石英玻璃的石英砂原料的要求自然越來越高, 需求量也越來越大。
研究解決石英砂的提純和規(guī)模化開采，尤其是盡快突破用于制造石英玻璃產(chǎn)品的超純精細(xì)石英砂的提取技術(shù)瓶頸，已成為具有非同尋常意義的重大問題。
二、國內(nèi)對超純石英砂的需求
伴隨著國內(nèi)電子業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)以及家電、電光源對于石英玻璃需求用量的不斷增加，相應(yīng)地對于超純石英砂的需求量也在逐年增加。預(yù)計石英玻璃的年增長率是30%左右，到2005年我國大陸石英玻璃器皿的銷售額是4億~5億元人民幣，而我國臺灣2002年石英制品銷售額是10億~2億元人民幣，韓國2002年石英制品銷售額是6億~8億元人民幣，日本是15億元人民幣。
硅材料是大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)材料，未來5年被認(rèn)為是中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇之年。據(jù)介紹，2005年集成電路市場的需求額是2000億元，到2010年大約為4000億元。
據(jù)預(yù)測，國內(nèi)集成電路芯片2003年對超純石英砂的需求量是1140噸，2004年上升到1560噸，2005的需求量是2880噸，2006年將猛增到7200噸。硅單晶2003年對超純石英砂的需求量是1386噸，2004年是1664噸，2005年是1940噸，2006年是4850噸。
2003年電光源對較低純度的超純石英砂的需求量是1.3萬噸，2004年是1.7萬噸。到2006年我國對超純石英砂的需求量至少在1.3萬噸以上。由于研究開發(fā)不夠，我國高純精細(xì)石英砂長期依賴從美國進(jìn)口。按照每進(jìn)口1噸6萬元人民幣計算，需要花費(fèi)約8億元人民幣，即約1億美元。
錢財并不是主要的。如果超純石英砂的采礦和提純技術(shù)不得以突破，將間接制約我國電子、通訊等許多重要行業(yè)的發(fā)展。
三、國際市場石英砂現(xiàn)狀
從天然巖石礦物直接提取超純石英砂是目前世界生產(chǎn)超純石英砂的先進(jìn)技術(shù)。俄羅斯、日本和德國等基本上可以實(shí)現(xiàn)自給自足。除了巴西出口未經(jīng)加工的水晶原礦外，世界高純石英砂出口市場基本上被美國尤尼明公司控制。
美國尤尼明公司代表著世界超純石英砂生產(chǎn)的較高水平。尤尼明公司生產(chǎn)的IOTA-標(biāo)準(zhǔn)砂二氧化硅含量為99.9992%，雜質(zhì)是8ppm（雜質(zhì)含量單位）產(chǎn)品純度高，性能穩(wěn)定。二氧化硅的純度目前正在由99.9992%向99.9994%的方向發(fā)展。
四、國產(chǎn)石英砂原料面臨的窘境
目前我國石英玻璃采用的中低檔高純石英砂大部分是從水晶中制取的。水晶在我國的儲量很有限，并且由于分布呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)，價格昂貴質(zhì)地不均勻有些礦物雜質(zhì)和工藝過程中的混雜物質(zhì)不可能除掉，導(dǎo)致由水晶中生產(chǎn)的超純石英砂批量小，質(zhì)量也不穩(wěn)定。江蘇連云港地區(qū)目前屬于用水晶作原料制取超純石英砂的國內(nèi)較高水平，當(dāng)?shù)氐乃Я系闹旅觞c(diǎn)是軟化點(diǎn)低。就水晶礦物的純度而言,單上的一塊、幾塊、幾十塊甚至幾十噸基本上可以達(dá)到世界先進(jìn)水平，但是大量的工業(yè)化生產(chǎn)就很難保證礦物組織的均勻性和內(nèi)在品質(zhì)的化學(xué)含量的一致性了。多年的努力說明，從水晶中制取高純石英砂是行不通的。
由于目前我國生產(chǎn)石英玻璃的原料水晶粉和高純石英砂的質(zhì)量差，大口徑石英管、高質(zhì)量石英棒和石英錠以及光通信使用的石英玻璃仍需要大量進(jìn)口。
因?yàn)槲覈€沒有解決從天然巖石礦物提取石英砂的工藝技術(shù)問題，還沒有突破高純度提純技術(shù)瓶頸，所以一方面是高新技術(shù)對應(yīng)著石英玻璃的需求量越來越大和需求條件越來越高，另一方面對應(yīng)的則是制造石英玻璃的硅質(zhì)原料的開采和提純技術(shù)面臨著嚴(yán)重短腿的掣肘。這就是目前國產(chǎn)石英原料所面臨的窘境。
六、石英砂行業(yè)的出路
正是因?yàn)槊绹鹃L期以來一直壟斷著我國超純石英砂市場，超純石英砂的價格也一漲再漲。2002年的價格是4.8萬元人民幣/噸，2003年是5.4萬元噸，2004年的價格是6萬元/噸雜質(zhì)含量為8ppm的超純精細(xì)石英砂的價格更是高達(dá)16萬元/噸。
問題還不僅是高昂的成本付出，如果由于某些原因?qū)е逻M(jìn)口高純石英砂的渠道被阻斷，我國許多石英玻璃的制造將面臨著無米下鍋的局面，并直接影響一些重要行業(yè)和領(lǐng)域。由此導(dǎo)致對國民經(jīng)濟(jì)的影響是巨大的。
石英砂行業(yè)的出路在于：盡快解決從天然巖石礦物提取石英砂的工藝技術(shù)問題，突破高純度提純技術(shù)瓶頸。為解決這個具有戰(zhàn)略意義的問題，我國石英砂行業(yè)迫切期待政府的扶持，通過政府和有關(guān)機(jī)構(gòu)的有力協(xié)調(diào)，共同組織國內(nèi)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等協(xié)同攻關(guān)。
盡快突破高純精細(xì)石英砂的國產(chǎn)化問題，目前在國內(nèi)是具備一些基本條件的。我國有著豐富的石英天然巖石礦物資源，品位較好。一些企業(yè)和機(jī)構(gòu)多年來在這個問題上已經(jīng)持續(xù)地進(jìn)行了不懈努力，并且有的公司如哈爾濱晶華硅材料制造有限公司生產(chǎn)的石英砂二氧化硅含量已經(jīng)接近99.995%，接近美國IOTA-標(biāo)準(zhǔn)砂二氧化硅含量99.998%的水平。
另外，中國建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會對于解決高純精細(xì)石英砂的國產(chǎn)化問題也十分重視，并積極組織國內(nèi)處于較先進(jìn)水平的企業(yè)和有關(guān)機(jī)構(gòu)探討聯(lián)合攻關(guān)與開發(fā)。專家認(rèn)為，用石英巖替代水晶生產(chǎn)超純石英砂是我國石英行業(yè)實(shí)現(xiàn)趕超世界先進(jìn)水平的較佳途徑，通過采用分離晶核內(nèi)異類礦物及氫基的有關(guān)技術(shù)，解決原料純度問題，同時解決二次污染問題。
我們呼吁有關(guān)政府機(jī)構(gòu)對高純精細(xì)石英砂的國產(chǎn)化問題給予高度重視，我們對盡快解決這個問題寄予希望，這也是國內(nèi)石英砂行業(yè)期盼已久的夙愿。
