一塊石頭里的“中國芯”——河南豫地科技集團高純石英國產化發展紀實

在河南東秦嶺的山坳里，一種灰白色的石頭，看起來普通，摸起來糙手，在天天與石頭打交道的地質隊員眼里，曾經將其視為“絆腳的石頭”。

誰承想，正是這種貌不驚人的石頭，赫然出現在今年4月份自然資源部發布的《新發現礦種公告》名單上，被打上了“第174號新礦種”的標簽。

別小看這種石頭，它經過提純后精煉出的高純度石英（二氧化硅純度達99.995%），華麗轉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”，是半導體芯片的“筋骨”、太陽能光伏的“心臟”、宇航器材耐高溫涂層的“鎧甲”，是戰略新興產業必不可少的關鍵性基礎材料，也是我國緊缺性“卡脖子”礦產資源。

保障能源安全，彰顯國企擔當。從奔赴豫西南探礦尋寶，到實驗室里數千次的摸石頭過河；從五六個人的科技攻關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線的小試牛刀，到西峽縣建設首條規模化生產線……自此，一場從“一塊石”升級為“一條鏈”的高純石英國產化攻堅戰，在重塑性改革后的河南豫地科技集團悄然打響。

一塊石頭里的“中國芯”

——河南豫地科技集團高純石英國產化發展紀實

劉鵬飛 郭淳

高純石英砂浮選提純

高純石英提取

為國找礦：眾里尋它千百度

石英，在自然界無處不在，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99.995%（4N5級）、能滿足半導體、光伏等高新技術產業需求的高純石英礦非常稀有。長期以來，我國所需的高純石英90%以上依賴國外進口，一旦斷供，就容易被“卡脖子”。

為國找礦，填補空白。早在2017年，河南豫地科技集團旗下的地質五隊（原有色金屬地質礦產局第五地質大隊），就成立了一支高純石英研究團隊，發誓要把國家緊缺的高純石英礦從石頭縫里“摳”出來。

由于當時還未列入國家礦種，加上國外技術封鎖，高純石英在找礦領域幾乎屬于空白。無樣品、無資料、無經驗，這是研究團隊成立之初面臨的三無困境，一切只能從零開始。研究團隊在翻閱大量地質資料后發現，豫西南東秦嶺地區石英礦資源豐富，有發現高純石英的極大可能性。于是嘗試著將東秦嶺地區作為主攻方向，立即展開找礦行動。

找高純石英礦的第一道坎，是野外識別的“盲人摸象”。研究團隊成員張馳介紹說，“從來沒見過高純石英礦長啥樣，我們只能憑顏色、透明度等經驗判斷。”然而，一次次野外勘探，一次次反復試驗，采回的樣品卻因包裹體多、雜質含量高等種種問題導致提純上限低，距離4N5級的高純石英“門檻”相去甚遠。

沮喪、失望、痛苦……正當團隊陷入困局時，事情的轉機出現在2018年5月在合肥舉辦的一次培訓班上。中國科學院合肥物質科學研究院的陳健研究員，向團隊建議道：“你們有沒有試過從花崗偉晶巖入手？這類巖石在特定地質條件下，可能形成高純度石英晶體。”回鄭州后，研究團隊立刻碰頭開會，經過多次研判，將高純石英原料潛力地區鎖定到東秦嶺超高壓變質帶廣泛分布的花崗偉晶巖脈群。

隨后的2019年，地質五隊自籌資金設立“東秦嶺河南段高純石英原料調查評價”科技創新項目，在通過不同類型樣品分析測試與提純試驗后，進一步判定了東秦嶺地區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。研究團隊將一份編號為HB-09的樣品提交給中國地質科學院貴陽地化所提純實驗，二氧化硅純度首次達到了99.9981%，且包裹體少、羥基含量低。“和美國斯普魯斯派恩高純石英礦的特征高度相似！”拿著檢測報告的那一刻，團隊成員在實驗室里激動地哭出了聲，“我們終于找到高純石英原料礦了！”

四年多的時間，從最初的“尋礦無門”到后來的“找礦突破”，在研究團隊不懈努力下，不僅打破了我國“無高純石英礦”的長期空白，還牽頭編制了花崗偉晶巖型高純石英原料礦地質勘查技術規范，為河南省乃至全國開展高純石英勘查提供了依據和標準。

2022年5月，高純石英地質勘查工作邁出更加關鍵一步。肩負“當好地質礦產勘查開發的主力軍”的光榮使命，新組建的豫地科技集團以發現本土高純石英原料礦產資源為重要任務，將高純石英找礦和產業化發展列為“一號工程”。

在前期調查的基礎上，集團組織精干地勘隊伍，籌措勘探資金，在東秦嶺地區展開大面積拉網式勘查，在方圓1000平方公里范圍內，發現9條花崗偉晶巖型高純石英礦脈，提交4N5級以上的高純石英資源量430萬噸，將“找礦報國”的使命變成實實在在的勘探成果，成為“新一輪找礦突破戰略行動中最亮眼的成果之一”。

東秦嶺地區高純石英礦石

探礦巷道掘進施工

提純攻堅：與微觀雜質的“戰爭”

“找到好礦只是第一步，提純技術才是真正的‘鬼門關’。”集團新材料礦產研究所所長王安書向筆者介紹道，“國外提純技術嚴格封鎖，我們只能摸著石頭過河。”

要掌握提純技術，沒有自己的實驗室不行。在前期研究過程中，由于缺資金、缺專業人才，樣品取回后，基本上都是委托省外的科研機構進行化驗、檢測，來回跑浪費時間不說，關鍵技術掌握不了，研究就無從談起。

邊學邊干邊摸索，研究團隊最初“照葫蘆畫瓢”，嘗試著建起了一個規模較小的“實驗室”。后來，在集團的大力支持下，新的實驗設備、專業人員陸續到位，一個500多平方米的高純石英專項實驗室很快建成。

在新的實驗室里，王安書帶領筆者參觀了高純石英的提純工藝流程，詳細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，以及羥基、碳質等非金屬雜質初步分離；

第二步，“外科手術”，對物理方法無法去除的晶格、包裹體雜質，通過高溫、高壓讓酸液分子滲透進石英顆粒的微觀孔隙，與雜質離子發生精準反應，找到“高溫脫羥”與“晶體完整性”的平衡點；

第三步，“嚴防死守”，提純后的石英砂需經過超純水清洗、無塵環境干燥，避免任何外界污染物的二次介入，檢測環節則要動用電感耦合等離子體光譜儀等尖端設備，對數十種雜質元素進行“地毯式排查”。

高純石英的提純，是一場與微觀雜質的戰爭。小數點后每提升一個“9”的純度，都需攻克數十道技術壁壘。對實驗室工作人員來說，每次提純檢測就如同“煉獄”。

上千次試驗的印記，早已刻進實驗室的每一個角落。電腦里詳細記錄著從“2021.04.05純度92%”到“2023.01.18雜質超標”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拉扯。粗碎、煅燒、水淬、細碎、磁選、浮選、酸浸……7道工序如同7道關卡。“每道工序都要反復調試，比如煅燒溫度，過高過低，結果就天差地別。”王安書說，“為了找到最佳溫度，有時候得連續十幾個小時守在設備前，還得不停記錄實時數據！”

2023年12月，一次關鍵的樣品檢測至今讓王安書激動不已。當檢測樣品中的鋁、鐵、鈦等13種雜質元素含量總和低于百萬分之20時，他和工作人員瞪大眼睛死死地盯住這組數據，然后興奮地說道：“我們成功了！”

原來，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，純度達到了99.9984%，打破了試驗紀錄。經過近500組實驗室提純試驗，集團終于攻克了偉晶巖型高純石英的提純技術，純度達到4N8級（二氧化硅含量99.998%）以上，填補了此前國內不能穩定生產4N8級產品的空白。

在3位院士參與的成果評審中，大家一致認為，在東秦嶺發現的高純石英原料礦和提純技術成果是一項重大發現，總體達到國際先進水平，其中在殘余巖漿“飽和”狀態下石英重結晶動力學過程研究等方面達到國際領先水平。

精益求精，追求“更純”。集團深知，在半導體、芯片等高端領域，對石英砂的純度要求更高。于是，他們與中國科學院合肥物質科學研究院合作，共同開展偉晶巖型高純石英關鍵核心提純技術研究，取得了技術突破，形成了“礦石預處理＋提純技術＋深度定向除雜＋快速測試”的快速評價和提純技術工藝，實現了從“技術跟跑”到“技術并跑”，再到“標準領跑”的跨越。

豫西南尋礦

產業落地：“一號工程”加速推進

近年來，隨著新能源、信息產業、新材料等產業迅速發展，我國高純石英需求增長迅速，前景廣闊。

對集團來說，手中有了礦，提純技術有了新突破，產業化發展成為下一個突破點。2023年3月，集團黨委將高純石英項目列為“一號工程”，從人才、設備、資金給予全方位保障，也提出了具體目標：加快建設第一條依托本土資源（花崗偉晶巖）的高純石英砂生產線，打造高純石英新質原材料基地，形成以高純石英為龍頭的千億級硅基新材料產業鏈。

在各方努力下，集團的高純石英國產化進程步伐加快推進：

做好頂層設計——成立高純石英中試及產業化工作專班，由集團黨委書記、董事長余紀云親自任組長，集團領導班子任副組長，抽調精兵強將進行高純石英產業化技術攻關。

加強部門協同——集團發展規劃部、資源能源部、科技信息部等部門做好前瞻性規劃，從資源控制、技術研發、量產加工等方面加強指導。

推進產業落地——集中力量辦大事，組建豫地硅材料有限公司，協調地勘一院、地質五隊、豫礦公司、有色金源實業有限公司等，充分發揮各自優勢，全力打造國內首條基于本土花崗偉晶巖資源的高純石英砂生產線。

2024年4月，一個2000平方米的高純石英砂中試車間在有色金源實業有限公司建成，為集團實現產業化發展奠定基礎。“這些礦石經過自主研發的生產線，36小時后就能穩定產出純度超4N7級（二氧化硅含量99.997%）的高純石英砂，可滿足半導體、光伏等產業原料需求。”公司負責人介紹。

2025年3月31日，由集團主導的西峽縣花崗偉晶巖型高純石英砂生產建設項目順利開工。項目總投資10億元，建設內容包括建成年產10萬噸礦石的花崗偉晶巖型高純石英礦山1座，建成年產1萬噸級光伏坩堝用砂及高端玻材用高純石英砂生產線和年產8萬噸級功能粉體材料系列生產線，實現不同品級高純石英砂及長石粉、球形硅微粉、云母粉等功能性粉體產品的穩定生產。屆時，一條完全由我國自主研發、自主建設的硅基新材料基地將全面建成，真正實現“把資源安全命脈握在自己手中”。

短短的幾年內，集團首次在實驗室突破4N8提純技術，首次建成一條中試生產線，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線，建成國內首個“花崗偉晶巖型高純石英找礦勘查示范基地”。

眼下，集團高純石英的產業化進程剛剛起步，以后還有很長路要走。展望未來，由“一塊石”引出集團的“一號工程”，進而衍變出完整的“一條鏈”的產業躍升之路即將開啟……

余紀云表示，下一步，集團將圍繞培育新產業，以高純石英砂為龍頭培育硅基新材料產業鏈，進一步加快高純石英資源勘查、礦權整合、提純技術、產業化發展攻堅力度，構建包括高純石英砂、石英坩堝、半導體材料、硅基芯片、石英管、光伏產品、高檔玻璃等在內的產業聯盟，形成獨具優勢的新質生產力，帶動集團高質量發展，助推全省戰略性新興產業發展和現代產業體系建設。

來源：資源導刊