隨著碳達峰碳中和戰略的貫徹實施，光伏產業發展步入快車道。無論是光伏行業坩堝用高純石英砂，還是光伏超白玻璃用低鐵石英砂，其市場需求都迎來了爆發式的增長。整個光伏產業鏈對高品質石英礦源，石英原料深加工技術的需求也顯得更為迫切。2023年4月21日，第一屆光伏行業用石英砂技術與市場交流大會在安徽鳳陽隆重召開，會議期間，我們邀請到了業內專家、學者，優秀企業家代表做客對話欄目，進行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網對我國礦物材料學及石英原材料行業的知名專家、成都理工大學汪靈教授的專訪。
巨著出版，助力中國非金屬礦產業高質量發展
近日，由國家科學技術學術著作出版基金資助、地質出版社出版的《礦物材料學原理》一經面世，便在非金屬礦行業內引起了強烈反響和高度好評。本書是迄今為止國內外第一部關于礦物的材料屬性與應用的基礎性、實用性和系統性理論著作，也是一本非金屬礦產資源高效開發利用的實用工具書。我國礦物學泰斗、中國科學院院士葉大年研究員在該書序言中寫道：“本書是關于礦物材料學的集大成之作，填補了礦物材料學的系統性理論研究空白，豐富和發展了礦物學，對于礦物材料學具有奠基性意義。”
據了解，該書第一次印刷版在預售期間就全部售罄，為滿足大家需要又進行了第二印刷，這在學術著作出版發行中是罕見的。該書作者成都理工大學汪靈教授，在接受中國粉體網記者獨家專訪時，分享了他寫作該書的心路歷程。
汪靈教授告訴我們，寫作這樣一本書是他一輩子想做的一件事情，而促使汪教授能耗費數十年之功完成這樣一本巨著的動力之一，便是其博士生導師葉大年院士對他的殷切期望：寫一本好書，是一個科學家一生的奮斗目標之一。
人生的目標，往往離不開時代的背景。上個世紀八十年代初，由于歷史原因，我國經濟落后、百廢待興，在非金屬礦工業領域，我國雖然非金屬礦產資源非常豐富，但開發利用卻極為落后。因此，老一輩的科學家大聲呼吁要重視非金屬礦產資源的開發利用，提出要“迎接新石器時代的挑戰”，那個時候剛大學畢業并且攻讀非金屬礦產地質與勘查專業的汪靈深受鼓舞，下定決心要一生致力于我國非金屬礦產資源的開發利用。
2002年開始，國家在中國地質大學、成都理工大學、中國礦業大學、中南大學四所大學首批設立了礦物材料學博士點，博士點設立以后，涉及到教學和教材，也就是從那個時候開始，汪靈教授感覺到了寫這本書的重要性和緊迫性，并開始著手準備相關的國內外資料。
在談及科研的選題方向時，汪靈教授特別提到了中央所提出的四個面向：面向國際前沿、面向國民經濟的主戰場、面向國家的重大需求和面向人民生命健康。而《礦物材料學原理》這本書之所以能夠在非金屬礦行業引起熱烈反響，汪靈教授認為正是由于這本書的主題是面向我國對非金屬礦產資源高效開發利用的迫切需要，同時也面向了國家對礦物功能材料的重大需求。
長期以來，人們對礦物的研究主要集中在其資源屬性方面，隨著人類社會對礦產資源的需求日益增大，以及對材料性能的要求不斷提高，礦物材料屬性逐漸進入人們的視野，并越來越受到重視。然而迄今為止，國內外還沒有一部關于礦物材料學的系統性理論著作問世。礦物材料學是誕生于中國的一門新興的綜合性的交叉學科，《礦物材料學原理》的出版，對我國非金屬礦產資源的高效開發利用，對加強礦物功能材料的研究與應用，以及高層次人才培養和學科建設等方面都具有重大的意義。
心系非礦，推動戰略性非金屬礦產擴容
近些年，戰略性礦產、關鍵礦產等概念逐漸被人們所了解，一方面是國家層面的高度重視，另一方面是學術界的大力推動。在采訪中，汪靈教授告訴中國粉體網記者，戰略性礦產是指對國家的經濟、國防和戰略性新興產業發展至關重要的礦產資源，或者并同時是我國有資源優勢、可以調控國際市場的礦產資源（可卡別人脖子），或者并同時是我國資源短缺、存在較大安全隱患的礦產資源（可被別人卡脖子）。
非金屬礦產資源現已被廣泛應用于石油、化工、冶金、建筑、機械、農業、環保、醫藥等行業，并越來越多地被用于國防、航天、通信等高科技領域，在經濟社會發展中具有十分重要的作用。隨著非金屬礦產的物理和化學新性質不斷研究與發現，以非金屬礦產為主要原料的礦物功能材料等新應用不斷拓展，在國家戰略性新興產業發展中正發揮著越來越重要的作用。
作為《礦產保護與利用》戰略性非金屬礦產專輯的唯一特約主編，汪靈教授根據我國非金屬礦產資源在國家經濟安全、國防安全和戰略性新興產業發展中的重要作用，結合礦產資源的保障能力與特色，并根據前人的研究結果，在與國內同行專家討論和交流基礎上，建議將磷礦、鉀鹽、螢石、石墨、石英、高嶺土、葉蠟石、膨潤土、凹凸棒石、海泡石、硅藻土、重晶石、硼礦、鋰礦、鋯英石等15種礦產列為我國在當前和今后一段時期內的戰略性非金屬礦產，而此前相關政策文件僅把磷、鉀鹽、晶質石墨、螢石等４種非金屬礦產列入了戰略性礦產目錄。
對于礦產資源開發，汪靈教授始終有個觀點：礦產資源有許多是不可再生的，老天只給了我們這一次機會，因此，我們要高效利用，從而實現它的有效保護，否則就可能出現好礦低用。汪靈教授用石英舉例說明，比如有一些石英礦產資源是很好的，但是我們卻把它用到很低端的用途中，這是一個很大的浪費。汪靈教授特別提醒，我們做礦產資源一定時刻要有環境意識和資源保護意識，這樣才能符合國家現在的開發利用的要求。
高屋建瓴，奠定高純石英應用的理論基礎
據汪靈教授介紹，高純石英是石英玻璃、硅材料及相關產業發展的物質基礎，廣泛應用于電子信息、光伏、光通信和電光源等行業，其中，SiO2純度≥99.998%（4N8）的高純石英高端產品不僅是一種新材料和礦物功能材料，而且是半導體、光伏、電子信息和高端電光源等生產必不可少的關鍵基礎材料，也是我國芯片發展（晶圓制造與芯片封裝等）不可或缺的關鍵材料之一，在電子信息、新材料和新能源等戰略性新興產業以及國防軍工、國家安全中具有非常重要的作用和地位。因此，汪靈教授認為高純石英應用前景非常廣闊，并在高純石英系統性理論研究方面取得令人矚目的成果。
第一，高純石英的概念與產品等級分類
汪靈教授根據研究結果，明確了高純石英的概念：高純石英是SiO2純度大于99.9%的石英砂系列產品的總稱，其本質是以天然石英礦為原料經提純加工獲得的具有極高SiO2純度且具有一定粒度的石英晶體原材料，其概念應同時具備純度、粒度和礦物相三個特征。
他根據我國行業生產及應用實際情況，提出了高純石英產品等級分類：首先根據我國高純石英產品產生及應用情況，按SiO2純度將高純石英產品分為4個等級：高端ω(SiO2) ≥99.998%（4N8），中高端ω(SiO2) ≥99.995%（4N5），中端ω(SiO2) ≥99.99%（4N），低端ω(SiO2) ≥99.9%（3N）。其中ω(SiO2)≥99.998%（4N8）的高純石英高端產品是一種關鍵基礎材料、新材料和礦物功能材料。
第二，石英的提純定律與高純石英原料品級劃分
據汪靈教授分析，天然石英礦中都存在雜質礦物、氣液包裹體和類質同像替代等三類雜質，其中：有一部分是可分離提純的，這是石英提純加工可能性的理論依據；有一部分是不可分離提純的，這就是石英提純加工局限性的產生機理。
據此，汪靈教授清晰地提出了石英的提純定律：對于具有一定粒度的石英砂產品來說，任何一種石英礦都存在一定的提純加工局限性，在現有經濟技術條件下都有一個提純極限值。換句話說，一個石英礦能夠加工什么純度的石英砂產品，是天生注定的。
汪靈教授根據提純加工效果對高純石英原料進行品級劃分，并將高純石英原料劃分為與高純石英砂系列產品等級相對應的4個等級，即：A級，又叫優質礦或優質原料，可用于提純加工SiO2純度4N8的高端高純石英砂產品；B級，又叫上等礦或上等原料，可用于提純加工SiO2純度4N5的中高端高純石英砂產品；C級，又叫中等礦或中等原料，可用于提純加工SiO2純度4N的中端高純石英砂產品；D級，又叫下等礦或下等原料，可用于提純加工SiO2純度3N的低端高純石英砂產品。
第三，高純石英四大技術是有機整體
大概在十多年以前，國內在面對高純石英高端產品“卡脖子“問題時，大多是認為國內礦石提純的技不如人。汪靈教授經過多年系統的研究之后發現，并在當時首次提出了這樣的觀點：高純石英技術應該包括礦石的評價遴選技術、提純技術、產業化裝備技術和檢測技術四大方面，它是一個有機的整體，既相互獨立，又相互聯系和相互制約。因此，發展我國高純石英技術是一項系統工程，僅僅從某個方面努力是難以達到效果的。并首先明確指出，其中以高純石英原料的識別、評價與遴選技術最為關鍵。
高純石英加工技術的特殊性決定了高純石英加工生產裝備要求很高，研發適用特殊工藝條件下的安全、環保、節能、高效的生產裝備至關重要。由于高純石英的戰略地位非常重要，其高端產品的加工技術被美國、德國等所壟斷，并限制技術和產品出口，不可能進口其生產線，因此汪靈教授建議，要實現我國高純石英高端產品國產化，必須加強高純石英加工裝備技術研究。
同時，在檢測技術方面，汪靈教授指出，對于石英的SiO2純度和品級很難通過原礦直接測定，一般是通過檢測原礦提純前后的雜質含量來界定SiO2純度和礦石的質量品級。國內檢測技術總體而言還沒有很好的統一，（雜質）沒測全、測不準的問題容易引起行業的一些亂象。
第四，解決高純石英“卡脖子”問題的關鍵所在
在談及當下高純石英高端產品的“卡脖子”問題時，汪靈教授一針見血地指出，我國4N8高純石英高端產品未能國產化的根本原因是，迄今為止還沒有找到能夠穩定滿足工業生產需要的高純石英優質原料。因此，發現能夠穩定滿足工業生產需要的高純石英優質原料（汪靈教授稱之為“A級礦”）是重點努力方向，這也是解決我國4N8高純石英高端產品“卡脖子”問題的關鍵所在。
高純石英原料的來源主要分為水晶、脈石英和花崗偉晶巖三種。水晶礦床一般規模較小，目前主要用作工藝品原料。現階段，國內高純石英資源的找礦方向主要側重于脈石英。那么，國內花崗偉晶巖石英找礦及開發利用進展如何呢？
本次采訪中，汪靈教授指出，美國尤尼明公司和挪威石英公司生產的高純石英高端系列產品能獲得國際壟斷地位的根本原因，是擁有世界上迄今為止唯一發現的獨特的高純石英優質原料——花崗偉晶巖石英。
來自Spruce Pine的IOTA?白崗巖
汪靈教授介紹說，偉晶巖型石英已引起國內的關注，并在新疆阿爾泰、北秦嶺等地區的找礦方面取得初步進展。在開發利用方面，有人以北秦嶺偉晶巖石英為原料，采用破碎、篩分、浮選、高溫焙燒、水淬和熱壓酸浸等方法，制備出4N高純石英砂；以河南某地花崗偉晶巖為原料，采用粗碎、煅燒水淬、細碎、磁選、浮選和酸浸等方法，制備出4N5高純石英砂。
同時，汪靈教授還指出，我國并不缺少中低端高純石英生產的原料，極為稀缺的是能夠加工4N8高純石英高端產品的優質原料。根據汪靈教授的研究結果，盡管天然水晶和脈石英可作為加工高純石英的原料，但是能夠提純加工4N8高純石英高端產品的優質原料也只是其中的極個別。汪靈教授由此推斷，能夠成為4N8高純石英高端產品的花崗偉晶巖石英優質原料，也應當是眾多礦床或礦點中的極個別。
汪靈教授認為，我們的任務不僅僅是要發現這片森林，我們更重要的是要在這片森林中去發現那棵參天大樹，這個參天大樹就是其中能夠做高端產品的那個礦點，雖然有一定難度，但是經過國內同行的齊心努力，不光是在脈石英方面有可能取得突破，在花崗偉晶巖石英方面也同樣有可能突破，我們中國人最終一定能夠解決這個問題。
末尾的話：企業應實事求是、量力而行
近兩年，隨著光伏產業的加速發展，光伏用高純石英高端產品的價格也在不斷的攀升，從而讓產業界、資本界的眾多人士趨之若鶩。汪靈教授建議，企業不一定都要去做高端產品。因為，各種等級的高純石英產品都有它們的應用領域和市場需求，例如中高端、中低端產品也可用于芯片封裝、覆銅板、拉管、耐火材料等，畢竟用于光伏石英坩堝的4N8高端產品只占我國高純石英市場的25%左右。汪靈教授建議企業根據自己礦的特點和優勢有針對性的去做，才能生產出市場需要的高附加值產品。
有礦或有目標礦，這是第一步，否則就如同無米之炊。有了礦，需要知道自己的礦是什么，能做什么。也就是需要明確石英的礦床工業類型，大致了解石英礦的品級還有對應的高純石英產品的等級。據汪靈教授介紹，按照今天的技術手段，是可以比較準確地評價出來企業的礦能夠做什么，然后再根據市場的情況有針對性的進行生產。企業只有實事求是、量力而行、尊重科學，才可能少走彎路。否則，如果企業盲目的以為自己的石英礦什么都能做，甚至只想做用于石英坩堝的4N8高純石英高端產品，就會造成費時、費力、費資金的現象。
（中國粉體網采訪、編輯/平安；經汪教授審閱）