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聚焦中试平台:从实验室到生产线,高纯石英如何跨越 “最后一公里”

聚焦中试平台:从实验室到生产线,高纯石英如何跨越 “最后一公里” 石英产业
2025-06-23
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导读:2024年1月16日,工信部、国家发改委联合印发《制造业中试创新发展实施意见》,着力打造现代化中试能力,支撑产
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2024年1月16日,工信部、国家发改委联合印发《制造业中试创新发展实施意见》,着力打造现代化中试能力,支撑产业科技创新和高质量发展。2024年9月,国家工信部发布关于加快布局建设制造业中试平台的通知。“中试平台” 是科技创新与产业转化之间的关键枢纽,是将实验室科研成果进行规模化、工程化验证的重要环节,其核心作用是打通从 “理论” 到 “实践” 的 “最后一公里”。

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有统计认为,科技成果经过中试验证,产业化成功率可达80%,而未经中试验证,产业化成功率只有30%。

《新材料中试平台建设指南(2024—2027年)》面向石化化工、钢铁、有色金属、无机非金属、前沿材料等重点领域,聚焦短板材料突破和前沿材料创新的关键共性技术。

中试平台按建设主体划分为企业自建型;产学研共建型和政府公共服务型。通过模拟工业化生产的环境和流程,对科研成果进行放大验证、工艺优化和稳定性测试,确保技术在实际生产中具备可行性和经济性。

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无机非金属领域中试平台建设要点
在无机非金属领域,聚焦高性能人工晶体生长及加工技术、高纯石英制品先进合成技术高性能陶瓷粉体制备及烧结技术、功能性超硬材料制备关键技术、高性能纤维及其复合材料制备与成型技术、绿色低碳胶凝材料设计及制备技术、玻璃绿色低碳短流程制备技术等关键共性技术,布局建设一批中试平台,完善提升中试基础条件能力、技术支撑能力和公共服务能力,实现固态电池电解质材料、特种陶瓷材料、功能晶体、固体氧化物燃料电池及相关陶瓷膜材料、高纯石英砂及高性能石英玻璃制品、超硬材料及制品、高性能纤维及其复合材料、绿色低碳胶凝材料、高性能矿物功能材料等关键材料产业化。
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2025年5月,首批工业和信息化部重点培育中试平台初步名单公示,其中17家无机非金属中试平台入选。

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高纯石英中试平台优势
高纯石英中试平台是连接实验室小试研究与大规模工业化生产的关键中间环节,为高纯石英材料的技术突破、产业落地及市场应用提供系统性支撑。
一、技术验证与工艺优化衔接实验室与工业化生产
将小试阶段验证的高纯石英提纯、制备等技术(如物理选矿、化学浸出、高温熔融等工艺)放大到中试规模(通常为吨级至千吨级),验证技术在实际生产中的可行性与稳定性。比如通过中试平台测试不同石英矿源在连续化生产中的杂质去除效率,优化酸浸时间温度等工艺参数,避免工业化生产时因工艺缺陷导致的成本飙升或质量波动。攻克规模化生产难题,解决小试阶段未暴露的工程问题,如设备材质耐腐蚀性、物料传输均匀性、能耗控制等。
二、产品质量与标准验证满足高端应用的纯度要求
高纯石英主要用于半导体、光纤、光伏等领域,需控制杂质含量至 ppm(百万分之一)甚至 ppb(十亿分之一)级别。中试平台可批量生产样品,验证产品是否达到 4N(99.99%)、4N8(99.998%)等高纯标准。
通过中试平台对石英砂进行多级酸浸 + 高温煅烧处理,经电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)检测,确认铝、铁、钾等金属杂质含量是否符合半导体用石英器件的标准。建立质量控制体系,开发针对高纯石英的检测方法与标准,如杂质分布均匀性测试、高温抗析晶性能评估等,为工业化生产提供质量管控依据。
三、降低产业化风险成本测算与经济性评估
通过中试平台的物料消耗、能耗、设备投资等数据,精准测算工业化生产的单位成本,避免盲目投产导致的经济损失。如某中试平台在测试高纯石英砂熔融工艺时发现,使用电熔炉比传统煤气炉能耗降低 30%,但设备投资增加 20%,通过中试数据对比,企业最终选择了性价比更优的技术路线。规避技术迭代风险,在中试阶段同步测试多种技术方案(如不同提纯工艺、原料来源),筛选出抗风险能力强、适应市场变化的技术路径。
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高纯石英中试平台项目
一、中触媒:合成法高纯石英砂中试项目
项目投资884 万元建设500 吨 / 年合成法高纯石英砂中试平台,瞄准半导体封装材料、光伏用高纯硅铝材料领域,形成第二条增长曲线。采用自主研发的溶胶 - 凝胶法合成高纯石英砂,避免依赖天然石英矿,杂质含量控制在 ppb 级,产品纯度达 99.999%(5N 级)。
中试成果直接对接公司现有催化材料生产线,实现 “研发 - 中试 - 量产” 无缝转化,2024 年净利润同比增长 89%,验证技术商业化潜力。与巴斯夫、中科院大连化物所共建联合实验室,强化技术壁垒,同步推进固定源脱硝分子筛等环保新材料产业化。

二、宁夏鑫晶:光伏级高纯石英砂纯化试验线

建设1000 吨 / 年高纯石英砂纯化试验线,聚焦石英坩埚原料纯度提升,解决国产坩埚抗析晶性不足的行业痛点。集成磁选、浮选、酸洗预处理及氯化焙烧工艺,重点去除钛、铁等致色杂质,使石英砂纯度从 99.99%(4N)提升至99.995%(4N5)。

试验线成果直接服务于公司现有 9.6 万个 / 年石英坩埚产线,通过原料升级将坩埚使用寿命延长 15%,产品合格率提升至 95% 以上。
项目获宁夏自治区新材料产业基金支持,推动银川经开区形成 “石英砂提纯 - 坩埚制造 - 光伏应用” 产业集群。
三、黄冈师范学院 & 湖北中科产业技术研究院
国产脉石英提纯中试平台项目依托湖北黄冈 3000 万吨优质脉石英资源,建设2000 吨 / 年 4N8 级高纯石英砂中试线,突破国产石英矿深度提纯技术,目标替代美国尤尼明公司同类产品。
采用 “磁选 + 多级酸浸 + 高温煅烧” 组合工艺,结合自主研发的氟硅酸循环利用技术,将提纯副产物转化为电子级氟化学品,实现资源闭环利用。联合黄冈师范学院、湖北九宁化学、中旗新材料等单位,形成 “高校研发 - 企业转化 - 市场应用” 的产学研协同创新体。项目获湖北省科技重大专项资金支持,地方政府配套土地优惠及税收减免。

四、北京亚泽 & 中国矿业大学:集成电路用高纯石英材料联合实验室

校企共建半导体级高纯石英中试平台,突破集成电路用石英制品制备技术,实现从石英材料到零部件的全产业链自主可控

针对晶格杂质去除、超净清洗等 “卡脖子” 环节,开发离子注入与高温退火协同工艺,使石英玻璃中金属杂质含量低于 1ppb,满足 14nm 以下制程要求。
中试产品已通过国内大厂验证,替代进口石英舟、石英环等关键耗材,2024 年相关业务收入占比提升至 30%。设立 “科技矿场” 大学生实践基地,累计培养复合型技术人才 50 余人,填补行业高端人才缺口。

五、新金路集团:4N8 级高纯石英砂中试线
投资4500 万元建设2500 吨 / 年 4N8 级高纯石英砂中试装置,配套 2 万吨 / 年量产线,目标成为国内光伏、半导体领域核心供应商

采用 “分级破碎 - 高压辊磨 - 微波消解” 联合提纯技术,针对四川本地脉石英特性优化参数,使铝、钾等杂质去除率提升至 99.9%。
配套建设氟硅酸回收系统,实现酸浸废液零排放,单位能耗较传统工艺降低 25%,获四川省绿色制造示范项目认证。

六、自然资源部高纯石英创新中心

依托郑州综合利用所建设运行,联合中国矿业大学(北京)、连云港福东正佑照明电器有限公司共同建设,围绕高纯石英资源地质找矿、提纯评价、材料制备等领域,开展高纯石英原料快速识别筛选、地质找矿、除杂提纯、高纯高端材料研发等工作,构建石英资源、矿物基因、高端材料三位一体的综合评价体系,形成相关标准体系。

其中新疆阿尔泰伟晶岩提纯中试联合郑州综合利用所、中国矿业大学等单位,在新疆阿尔泰地区建设500 吨 / 年伟晶岩型高纯石英中试线,攻克低流体包裹体原料提纯技术。通过 “构造特征 + 矿物组合 + 石英标型” 找矿方法,新发现 4N5 级以上高纯石英矿产地 2 处。

七、浙江大学杭州国际科创中心 —— 浙江富乐德石英联合实验室
以整合半导体材料领域政、产、学、研、用优势资源为手段,聚焦石英材料应用研究,在前沿科技、项目实践等方面通力合作,共同突破关键核心技术。
八、超纯矿物新材料产业技术研究院
三门峡市委、市政府和河南省地质研究院共同建设,依托三门峡市丰富的矿物材料资源,聚焦超纯矿物新材料领域的国际前沿技术和产业发展方向,搭建一流研发中心,开展了吨级中试、千吨级工业试验,批量稳定制备出了 4N8 级超纯石英砂。其中河南高纯矿物科技有限公司在三门峡经济开发区超纯矿物材料产业园建设年产 1 万吨电子级高纯石英砂项目,一期计划形成年产 4000 吨拉管砂、2000 吨坩埚外层砂能力,二期将年产 4000 吨坩埚中内层砂,该项目包含高纯石英材料中试线。
注:公众号回复“中试平台”,可获得“首批工业和信息化部重点培育中试平台初步名单

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