中国粉体网讯  随着碳达峰碳中和战略的贯彻实施，光伏产业发展步入快车道。无论是光伏行业坩埚用高纯石英砂，还是光伏超白玻璃用低铁石英砂，其市场需求都迎来了超常规的增长。整个光伏产业链对高品质石英矿源，石英原料深加工技术的需求也显得更为迫切。2023年4月21日，第一届光伏行业用石英砂技术与市场交流大会在安徽凤阳隆重召开，会议期间，我们邀请到了业内专家、学者，优秀企业家代表做客对话栏目，进行访谈交流。本期为您分享的是中国粉体网对湖南工业大学侯清麟教授的专访。

1.高纯石英砂是一种无可替代的矿物资源

光伏太阳能是一种取之不竭用之不尽的新绿色能源，对人类社会的发展作用彰显着巨大前景，对世界经济的贡献不可或缺，是投资省、见效快、对环境影响最小的能源来源。

高纯石英砂是光伏、半导体行业关键性原辅材料：高纯石英砂是指因工业水晶资源枯竭后，由天然石英硅矿经过一系列物理和化学提纯技术生产的具有某种粒度规格的高纯非金属、坚硬、耐磨、物理化学性能稳定材料。用高纯石英砂生产的高档石英制品具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀性、高度绝缘性和透光性等优异的物理化学属性，被广泛用于光伏、电子、高端电光源、国防科技等领域，是科技高端制造行业不可替代的原辅材料。

2022-2025光伏行业高纯石英砂需求量平均复合增速加快。据侯清麟教授（以下简称“侯教授”）查阅资料综合预测，2022-2025年全球光伏行业高纯石英砂需求量分别为6.23万吨、7.56万吨、9.18万吨、12.32万吨，年均复合增速为25.52%。

2.光伏用高纯石英砂国家标准

2016年11月开始实施的《光伏用高纯石英砂》国家标准（标准号：GB/T32649-2016），对于石英砂的技术要求如下：外观光伏用高纯石英砂应为具有一定透明度的白色颗粒，无异色。光伏用高纯石英砂的粒径应在70μm~350μm范围内，且在该粒径范围的累积质量分数应大于或等于90%。粒径小于100μm或大于300μm的累积质量分数均应小于1%。二氧化硅含量光伏用高纯石英砂中二氧化硅含量应大于或等于99.99%，灼烧失量应小于或等于0.01%。杂质元素含量光伏用高纯石英砂金属元素杂质总含量应小于或等于25μg/g，其中钾、锂、钠含量总和小于2.5μg/g。

3.目前国内制备高纯石英砂主要存在的不足

提及到目前国内制备高纯石英砂存在的问题，侯教授表示，目前用于光伏产业的石英坩埚所需的高纯石英砂基本依赖进口，至少内层砂必需是。美国矽比科独占鳌头，几乎无可替代，其他国家不能望其项背。从而价格昂贵，对我国进口量限制。特别是中美贸易摩擦后更是价格飙升!使光伏产业的发展受到制约。

国内石英砂制备行业虽然用进口石英硅矿生产打锭和拉管用高纯石英砂及光伏产业用石英坩埚外层用砂等取得长足进展，形势喜人，但由于进口硅矿质量不一，尤其是气液包裹体含量偏高，比如安哥拉石英硅矿……精制难度大。尽管如此，对光伏用石英坩埚内层砂的研制仍然存在某些暂不可逾越的鸿沟。

国内高纯石英砂精制工艺基本大多停留在传统模式，精制介质也存在许多问题，加之创新研究引导力度不够，投入不多，尤其是创新工艺应用研究上遇到许多坎。虽有石英股份、菲利华石英等在努力研究，进展迅速，但要完全制备出石英坩埚内层高纯石英砂在创新工艺应用上还有很长的路要走。

综合来看，侯教授认为尚有如下三大主要问题:

（1）工艺流程长

（2）使用大量非环境友好酸

从水晶制备水晶砂，到如今石英硅矿制备高纯石英砂，其精制工艺一直采用无机强酸HF、HNO3、H2SO4、HCl等剔除Al、Fe、Ca、Ti等主要金属及气液包裹体杂质。由于HF、HNO3尤其是HF酸对生态环境和人身伤害大，其残液很难根治，环境污染严重。同时传统工艺对气液包裹体的剔除水平有限，能耗和成本高等，因此如何研究石英硅矿精制特别是破解环境污染等难题，需要做大量深入研究和卓有成效的工作。

（3）气液包裹体杂质含量仍然偏高

据深度研究发现：国内用进口石英硅矿精制的高纯石英砂气液包裹体杂质含量在200~350ppm，即使是进口高纯石英砂的气液包裹体杂质含量也在100ppm左右。

值得关注的是，侯教授通过查阅资料和向有关专家请教，总结了目前气液包裹体去除的主要方法：

酸碱差异腐蚀法(行业通用）

热或冷爆裂法(行业通用)

氯化脱气法（日本）

微波辐射法（在研阶段）

侯教授团队在微波辐射法方面做了多年研究，且取得很好的效果。

4.高纯石英砂精制工艺如何创新？

在问及对于国内高纯石英砂行业发展的一些建议时，侯教授表示可以从工艺技术理念、工艺流程、剔杂介质三个方面加强创新研究。

（1）工艺创新思想研究

针对传统高纯石英砂精制工艺中的流程长和除杂介质残液污染环境等问题，侯教授认为在符合产品生产技术要求前题下，可以从缩短简化工艺流程、减少设备台套数、工艺剔杂介质创新等方面作出改变，以实现节能减排，降低消耗，改善生产条件，保护人文生态环境的目的。

（2）工艺流程创新研究

目前石英砂除杂的方法主要分为物理方法、化学方法。物理方法有磁选、反向浮选及煅烧水淬处理。化学方法包括无机酸浸及有机酸浸。常用的无机酸通常是HF、HNO3、HCl和H2SO4。目前通常通过物理方法与化学方法相结合能实现更好的除杂效果。

新精制工艺

（3）剔杂介质

除了除杂方法创新、流程缩短，工艺流程创新的另一个关键点是剔杂介质的创新。侯教授依靠国家自科基金委和湖南工业大学的大力支持，在国产石英硅矿无氟无硝制备高纯石英砂工艺方面做了大量研究。以安哥拉矿石为参照，优选出与之相似组分的国产硅矿石，通过高温水淬、研磨、在对H₂O、CH₄、C₂H₆与Na⁺、K⁺、Cu²⁺水合物进行原位比较监测基础上，采用高频电磁波作用后，改草酸、乙酸、H2SO4浸泡精制剔除Al、Fe、Ti等金属杂质后过筛、干燥后制备超纯石英砂。

5.高纯石英砂 “卡”了谁的脖子？

侯教授表示，高纯石英砂之所以引起业内高度重视，主要体现在其“卡脖子 ”问题上。众所周知，高纯石英砂是石英坩埚的上游关键原材料，而石英坩埚是晶体硅生产过程中的消耗品，目前广泛应用于太阳能和半导体领域。目前一些二线的硅片企业，开始反映出缺少石英坩埚，可能面临停产的问题。

石英坩埚分为内层透明层、中层气泡复合层和外层薄气泡层，各层质量占比分别为25%-70%、20%-40%和5%-30%，通常比例为4:3:4或者3:4:3。其中内层砂必需的4N8高纯石英高端产品仍需要高价从美国、挪威等进口，而质量要求略低的石英坩埚中外层砂，其矿石原料也需要从印度、坦桑尼亚等国进口解决。

真正制约产业链的并不是石英坩埚，而是高纯度的石英砂。目前的国际形势决定了高纯石英砂以稀为贵，从长期市场考虑，人工合成石英砂是替代天然石英砂的必然趋势。谁能解决高纯石英砂生产工艺问题，谁就相当于有了稳定的资源。

6.专家介绍

侯清麟教授是湖南安仁人，1955年2月生，博士，二级教授，中国注册化工师，教授级高工。本科华南工学院（77级）；中南大学硕士、博士；美国巴尔的摩大学MBA、MPA结业。现任湘潭大学博士、湖南工业大学博士和硕士研究生导师，湖南工业大学特聘教授，享受国务院特殊津贴专家。曾任衡山县副县长，湖南株洲化工厂处长、主任、石英玻璃厂(株洲327厂）厂长、湖南株洲化工集团研究院院长、集团董事长兼总经理，湖南工业大学党委书记。曾获两届湖南省优秀企业家称号，两项全国管理成果二等奖。

年近古稀的侯清麟教授，始终不忘钻研专业科学技术，亲自带头搞科研开发，他团队的技改和科研项目获得较好的经济效益，成果颇丰。

侯清麟教授从事普通石英替代水晶制备石英玻璃高端材料精制分离精制加工研究数十年，近十年来拥有国家自然科学基金面上项目4项，省部级重点项目5项，累计科研经费600余万元，在美国英国等Top刊物及中南大学学报、功能材料、硅酸盐等杂志发表Sci、Ei等论文30余篇，拥有国家发明专利13项。

（中国粉体网编辑整理/星耀）

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