一塊石頭里的“中國(guó)芯”——河南豫地科技集團(tuán)高純石英國(guó)產(chǎn)化發(fā)展紀(jì)實(shí)

在河南東秦嶺的山坳里，一種灰白色的石頭，看起來(lái)普通，摸起來(lái)糙手，在天天與石頭打交道的地質(zhì)隊(duì)員眼里，曾經(jīng)將其視為“絆腳的石頭”。

誰(shuí)承想，正是這種貌不驚人的石頭，赫然出現(xiàn)在今年4月份自然資源部發(fā)布的《新發(fā)現(xiàn)礦種公告》名單上，被打上了“第174號(hào)新礦種”的標(biāo)簽。

別小看這種石頭，它經(jīng)過(guò)提純后精煉出的高純度石英（二氧化硅純度達(dá)99.995%），華麗轉(zhuǎn)身后邁向高端新材料——高純石英。

也許很多人不知道，高純石英是“硅族中的大熊貓”，是半導(dǎo)體芯片的“筋骨”、太陽(yáng)能光伏的“心臟”、宇航器材耐高溫涂層的“鎧甲”，是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)必不可少的關(guān)鍵性基礎(chǔ)材料，也是我國(guó)緊缺性“卡脖子”礦產(chǎn)資源。

保障能源安全，彰顯國(guó)企擔(dān)當(dāng)。從奔赴豫西南探礦尋寶，到實(shí)驗(yàn)室里數(shù)千次的摸石頭過(guò)河；從五六個(gè)人的科技攻關(guān)小組到擰成一股繩的工作專班；從尉氏縣有色金源公司試生產(chǎn)線的小試牛刀，到西峽縣建設(shè)首條規(guī)模化生產(chǎn)線……自此，一場(chǎng)從“一塊石”升級(jí)為“一條鏈”的高純石英國(guó)產(chǎn)化攻堅(jiān)戰(zhàn)，在重塑性改革后的河南豫地科技集團(tuán)悄然打響。

一塊石頭里的“中國(guó)芯”

——河南豫地科技集團(tuán)高純石英國(guó)產(chǎn)化發(fā)展紀(jì)實(shí)

劉鵬飛 郭淳

高純石英砂浮選提純

高純石英提取

為國(guó)找礦：眾里尋它千百度

石英，在自然界無(wú)處不在，如河道的沙子、沙灘的鵝卵石，建筑用玻璃、廚房的石英石臺(tái)面、首飾裝飾用的水晶等都是石英。

然而，提純后二氧化硅純度超過(guò)99.995%（4N5級(jí)）、能滿足半導(dǎo)體、光伏等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)需求的高純石英礦非常稀有。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)所需的高純石英90%以上依賴國(guó)外進(jìn)口，一旦斷供，就容易被“卡脖子”。

為國(guó)找礦，填補(bǔ)空白。早在2017年，河南豫地科技集團(tuán)旗下的地質(zhì)五隊(duì)（原有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)），就成立了一支高純石英研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)誓要把國(guó)家緊缺的高純石英礦從石頭縫里“摳”出來(lái)。

由于當(dāng)時(shí)還未列入國(guó)家礦種，加上國(guó)外技術(shù)封鎖，高純石英在找礦領(lǐng)域幾乎屬于空白。無(wú)樣品、無(wú)資料、無(wú)經(jīng)驗(yàn)，這是研究團(tuán)隊(duì)成立之初面臨的三無(wú)困境，一切只能從零開始。研究團(tuán)隊(duì)在翻閱大量地質(zhì)資料后發(fā)現(xiàn)，豫西南東秦嶺地區(qū)石英礦資源豐富，有發(fā)現(xiàn)高純石英的極大可能性。于是嘗試著將東秦嶺地區(qū)作為主攻方向，立即展開找礦行動(dòng)。

找高純石英礦的第一道坎，是野外識(shí)別的“盲人摸象”。研究團(tuán)隊(duì)成員張馳介紹說(shuō)，“從來(lái)沒見過(guò)高純石英礦長(zhǎng)啥樣，我們只能憑顏色、透明度等經(jīng)驗(yàn)判斷。”然而，一次次野外勘探，一次次反復(fù)試驗(yàn)，采回的樣品卻因包裹體多、雜質(zhì)含量高等種種問題導(dǎo)致提純上限低，距離4N5級(jí)的高純石英“門檻”相去甚遠(yuǎn)。

沮喪、失望、痛苦……正當(dāng)團(tuán)隊(duì)陷入困局時(shí)，事情的轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2018年5月在合肥舉辦的一次培訓(xùn)班上。中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的陳健研究員，向團(tuán)隊(duì)建議道：“你們有沒有試過(guò)從花崗偉晶巖入手？這類巖石在特定地質(zhì)條件下，可能形成高純度石英晶體。”回鄭州后，研究團(tuán)隊(duì)立刻碰頭開會(huì)，經(jīng)過(guò)多次研判，將高純石英原料潛力地區(qū)鎖定到東秦嶺超高壓變質(zhì)帶廣泛分布的花崗偉晶巖脈群。

隨后的2019年，地質(zhì)五隊(duì)自籌資金設(shè)立“東秦嶺河南段高純石英原料調(diào)查評(píng)價(jià)”科技創(chuàng)新項(xiàng)目，在通過(guò)不同類型樣品分析測(cè)試與提純?cè)囼?yàn)后，進(jìn)一步判定了東秦嶺地區(qū)花崗偉晶巖具有高純石英成礦潛力。

2021年1月30日，這是值得銘記的一天。研究團(tuán)隊(duì)將一份編號(hào)為HB-09的樣品提交給中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院貴陽(yáng)地化所提純實(shí)驗(yàn)，二氧化硅純度首次達(dá)到了99.9981%，且包裹體少、羥基含量低。“和美國(guó)斯普魯斯派恩高純石英礦的特征高度相似！”拿著檢測(cè)報(bào)告的那一刻，團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)室里激動(dòng)地哭出了聲，“我們終于找到高純石英原料礦了！”

四年多的時(shí)間，從最初的“尋礦無(wú)門”到后來(lái)的“找礦突破”，在研究團(tuán)隊(duì)不懈努力下，不僅打破了我國(guó)“無(wú)高純石英礦”的長(zhǎng)期空白，還牽頭編制了花崗偉晶巖型高純石英原料礦地質(zhì)勘查技術(shù)規(guī)范，為河南省乃至全國(guó)開展高純石英勘查提供了依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。

2022年5月，高純石英地質(zhì)勘查工作邁出更加關(guān)鍵一步。肩負(fù)“當(dāng)好地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)的主力軍”的光榮使命，新組建的豫地科技集團(tuán)以發(fā)現(xiàn)本土高純石英原料礦產(chǎn)資源為重要任務(wù)，將高純石英找礦和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展列為“一號(hào)工程”。

在前期調(diào)查的基礎(chǔ)上，集團(tuán)組織精干地勘隊(duì)伍，籌措勘探資金，在東秦嶺地區(qū)展開大面積拉網(wǎng)式勘查，在方圓1000平方公里范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)9條花崗偉晶巖型高純石英礦脈，提交4N5級(jí)以上的高純石英資源量430萬(wàn)噸，將“找礦報(bào)國(guó)”的使命變成實(shí)實(shí)在在的勘探成果，成為“新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)中最亮眼的成果之一”。

東秦嶺地區(qū)高純石英礦石

探礦巷道掘進(jìn)施工

提純攻堅(jiān)：與微觀雜質(zhì)的“戰(zhàn)爭(zhēng)”

“找到好礦只是第一步，提純技術(shù)才是真正的‘鬼門關(guān)’。”集團(tuán)新材料礦產(chǎn)研究所所長(zhǎng)王安書向筆者介紹道，“國(guó)外提純技術(shù)嚴(yán)格封鎖，我們只能摸著石頭過(guò)河。”

要掌握提純技術(shù)，沒有自己的實(shí)驗(yàn)室不行。在前期研究過(guò)程中，由于缺資金、缺專業(yè)人才，樣品取回后，基本上都是委托省外的科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行化驗(yàn)、檢測(cè)，來(lái)回跑浪費(fèi)時(shí)間不說(shuō)，關(guān)鍵技術(shù)掌握不了，研究就無(wú)從談起。

邊學(xué)邊干邊摸索，研究團(tuán)隊(duì)最初“照葫蘆畫瓢”，嘗試著建起了一個(gè)規(guī)模較小的“實(shí)驗(yàn)室”。后來(lái)，在集團(tuán)的大力支持下，新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、專業(yè)人員陸續(xù)到位，一個(gè)500多平方米的高純石英專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室很快建成。

在新的實(shí)驗(yàn)室里，王安書帶領(lǐng)筆者參觀了高純石英的提純工藝流程，詳細(xì)介紹了高純石英從普通礦石到超高純材料蛻變的“三部曲”：

第一步，“初步清剿”，通過(guò)重力選礦、磁選等物理手段，將肉眼不可見的鐵、鋁、鈣、鈦等金屬雜質(zhì)，以及羥基、碳質(zhì)等非金屬雜質(zhì)初步分離；

第二步，“外科手術(shù)”，對(duì)物理方法無(wú)法去除的晶格、包裹體雜質(zhì)，通過(guò)高溫、高壓讓酸液分子滲透進(jìn)石英顆粒的微觀孔隙，與雜質(zhì)離子發(fā)生精準(zhǔn)反應(yīng)，找到“高溫脫羥”與“晶體完整性”的平衡點(diǎn)；

第三步，“嚴(yán)防死守”，提純后的石英砂需經(jīng)過(guò)超純水清洗、無(wú)塵環(huán)境干燥，避免任何外界污染物的二次介入，檢測(cè)環(huán)節(jié)則要?jiǎng)佑秒姼旭詈系入x子體光譜儀等尖端設(shè)備，對(duì)數(shù)十種雜質(zhì)元素進(jìn)行“地毯式排查”。

高純石英的提純，是一場(chǎng)與微觀雜質(zhì)的戰(zhàn)爭(zhēng)。小數(shù)點(diǎn)后每提升一個(gè)“9”的純度，都需攻克數(shù)十道技術(shù)壁壘。對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作人員來(lái)說(shuō)，每次提純檢測(cè)就如同“煉獄”。

上千次試驗(yàn)的印記，早已刻進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的每一個(gè)角落。電腦里詳細(xì)記錄著從“2021.04.05純度92%”到“2023.01.18雜質(zhì)超標(biāo)”的失敗軌跡，累積到如今，僅廢棄樣品的重量就突破了3000公斤。

最磨人的從不是體力的消耗，而是希望與失望的反復(fù)拉扯。粗碎、煅燒、水淬、細(xì)碎、磁選、浮選、酸浸……7道工序如同7道關(guān)卡。“每道工序都要反復(fù)調(diào)試，比如煅燒溫度，過(guò)高過(guò)低，結(jié)果就天差地別。”王安書說(shuō)，“為了找到最佳溫度，有時(shí)候得連續(xù)十幾個(gè)小時(shí)守在設(shè)備前，還得不停記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)！”

2023年12月，一次關(guān)鍵的樣品檢測(cè)至今讓王安書激動(dòng)不已。當(dāng)檢測(cè)樣品中的鋁、鐵、鈦等13種雜質(zhì)元素含量總和低于百萬(wàn)分之20時(shí)，他和工作人員瞪大眼睛死死地盯住這組數(shù)據(jù)，然后興奮地說(shuō)道：“我們成功了！”

原來(lái)，這批依托本土花崗偉晶巖型高純石英礦石，提純出的110公斤高純石英砂，純度達(dá)到了99.9984%，打破了試驗(yàn)紀(jì)錄。經(jīng)過(guò)近500組實(shí)驗(yàn)室提純?cè)囼?yàn)，集團(tuán)終于攻克了偉晶巖型高純石英的提純技術(shù)，純度達(dá)到4N8級(jí)（二氧化硅含量99.998%）以上，填補(bǔ)了此前國(guó)內(nèi)不能穩(wěn)定生產(chǎn)4N8級(jí)產(chǎn)品的空白。

在3位院士參與的成果評(píng)審中，大家一致認(rèn)為，在東秦嶺發(fā)現(xiàn)的高純石英原料礦和提純技術(shù)成果是一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中在殘余巖漿“飽和”狀態(tài)下石英重結(jié)晶動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究等方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

精益求精，追求“更純”。集團(tuán)深知，在半導(dǎo)體、芯片等高端領(lǐng)域，對(duì)石英砂的純度要求更高。于是，他們與中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院合作，共同開展偉晶巖型高純石英關(guān)鍵核心提純技術(shù)研究，取得了技術(shù)突破，形成了“礦石預(yù)處理＋提純技術(shù)＋深度定向除雜＋快速測(cè)試”的快速評(píng)價(jià)和提純技術(shù)工藝，實(shí)現(xiàn)了從“技術(shù)跟跑”到“技術(shù)并跑”，再到“標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)跑”的跨越。

豫西南尋礦

產(chǎn)業(yè)落地：“一號(hào)工程”加速推進(jìn)

近年來(lái)，隨著新能源、信息產(chǎn)業(yè)、新材料等產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，我國(guó)高純石英需求增長(zhǎng)迅速，前景廣闊。

對(duì)集團(tuán)來(lái)說(shuō)，手中有了礦，提純技術(shù)有了新突破，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展成為下一個(gè)突破點(diǎn)。2023年3月，集團(tuán)黨委將高純石英項(xiàng)目列為“一號(hào)工程”，從人才、設(shè)備、資金給予全方位保障，也提出了具體目標(biāo)：加快建設(shè)第一條依托本土資源（花崗偉晶巖）的高純石英砂生產(chǎn)線，打造高純石英新質(zhì)原材料基地，形成以高純石英為龍頭的千億級(jí)硅基新材料產(chǎn)業(yè)鏈。

在各方努力下，集團(tuán)的高純石英國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程步伐加快推進(jìn)：

做好頂層設(shè)計(jì)——成立高純石英中試及產(chǎn)業(yè)化工作專班，由集團(tuán)黨委書記、董事長(zhǎng)余紀(jì)云親自任組長(zhǎng)，集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)班子任副組長(zhǎng)，抽調(diào)精兵強(qiáng)將進(jìn)行高純石英產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)。

加強(qiáng)部門協(xié)同——集團(tuán)發(fā)展規(guī)劃部、資源能源部、科技信息部等部門做好前瞻性規(guī)劃，從資源控制、技術(shù)研發(fā)、量產(chǎn)加工等方面加強(qiáng)指導(dǎo)。

推進(jìn)產(chǎn)業(yè)落地——集中力量辦大事，組建豫地硅材料有限公司，協(xié)調(diào)地勘一院、地質(zhì)五隊(duì)、豫礦公司、有色金源實(shí)業(yè)有限公司等，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，全力打造國(guó)內(nèi)首條基于本土花崗偉晶巖資源的高純石英砂生產(chǎn)線。

2024年4月，一個(gè)2000平方米的高純石英砂中試車間在有色金源實(shí)業(yè)有限公司建成，為集團(tuán)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。“這些礦石經(jīng)過(guò)自主研發(fā)的生產(chǎn)線，36小時(shí)后就能穩(wěn)定產(chǎn)出純度超4N7級(jí)（二氧化硅含量99.997%）的高純石英砂，可滿足半導(dǎo)體、光伏等產(chǎn)業(yè)原料需求。”公司負(fù)責(zé)人介紹。

2025年3月31日，由集團(tuán)主導(dǎo)的西峽縣花崗偉晶巖型高純石英砂生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目順利開工。項(xiàng)目總投資10億元，建設(shè)內(nèi)容包括建成年產(chǎn)10萬(wàn)噸礦石的花崗偉晶巖型高純石英礦山1座，建成年產(chǎn)1萬(wàn)噸級(jí)光伏坩堝用砂及高端玻材用高純石英砂生產(chǎn)線和年產(chǎn)8萬(wàn)噸級(jí)功能粉體材料系列生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)不同品級(jí)高純石英砂及長(zhǎng)石粉、球形硅微粉、云母粉等功能性粉體產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)。屆時(shí)，一條完全由我國(guó)自主研發(fā)、自主建設(shè)的硅基新材料基地將全面建成，真正實(shí)現(xiàn)“把資源安全命脈握在自己手中”。

短短的幾年內(nèi)，集團(tuán)首次在實(shí)驗(yàn)室突破4N8提純技術(shù)，首次建成一條中試生產(chǎn)線，首次建成依托本土花崗偉晶巖型原料提純制備高純石英砂的試生產(chǎn)線，建成國(guó)內(nèi)首個(gè)“花崗偉晶巖型高純石英找礦勘查示范基地”。

眼下，集團(tuán)高純石英的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程剛剛起步，以后還有很長(zhǎng)路要走。展望未來(lái)，由“一塊石”引出集團(tuán)的“一號(hào)工程”，進(jìn)而衍變出完整的“一條鏈”的產(chǎn)業(yè)躍升之路即將開啟……

余紀(jì)云表示，下一步，集團(tuán)將圍繞培育新產(chǎn)業(yè)，以高純石英砂為龍頭培育硅基新材料產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)一步加快高純石英資源勘查、礦權(quán)整合、提純技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展攻堅(jiān)力度，構(gòu)建包括高純石英砂、石英坩堝、半導(dǎo)體材料、硅基芯片、石英管、光伏產(chǎn)品、高檔玻璃等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，形成獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的新質(zhì)生產(chǎn)力，帶動(dòng)集團(tuán)高質(zhì)量發(fā)展，助推全省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)。

來(lái)源：資源導(dǎo)刊