不同行业对石英砂的成分、粒度、球度等理化指标要求各不相同。根据石英资源的开发利用特点，石英的主要应用领域、产品类型、产品用途、原料要求相关标准、产品特点不同。
整体上，SiO2含量99.99%以上的石英砂主要用于高纯石英玻璃、高纯硅微粉等产品领域，这些领域对石英砂中Al、Ti、K、Na、Li等各项杂质含量、粒度、包裹体等有严格要求，杂质含量要求通常为10−6级别，石英砂产品供应受原料矿石原始禀赋条件和加工技术制约，目前原料矿石较为稀缺，供不应求；SiO2含量99.9%～99.99%的石英砂主要用于高端硅微粉、硅酸钠、光伏玻璃、高档玻璃等领域，这些产品通常仅对Fe、Al等关键元素和粒度有一定要求，石英砂产品供应受原料矿石加工技术条件、加工成本、运距等多重因素影响，目前市场处于“紧平衡”状态；SiO2含量99.9%以下的石英砂则用于平板玻璃、铸造、冶金、耐火材料、陶瓷、压裂砂、水处理以及建筑材料等大宗领域，这类产品多对粒度、球度、硬度、颜色、耐火度等物理特性有一定要求，对石英原料矿石和技工技术条件要求低，但原料供应受运距影响突出，目前市场供应充足。
01 石英结构特征观测手段
早期研究主要通过肉眼观察，来认识石英的结构特征。在野外调查中，前人首先对石英的产状和所处环境（岩浆岩、沉积岩和变质岩）进行初步判断，再对典型样品中石英的形态、光泽、颜色、结构和共生矿物组合等进行细致描述和分析。
随着光学显微镜的普及和广泛应用，得以在显微尺度下观测石英的结构特征，从而有助于根据石英的晶体光学特征（晶型和干涉色等）、显微结构以及共生矿物组合特征，深入获得石英成因和生长环境等方面的认识。
近年来，随着高空间分辨率观测手段的快速发展，阴极发光（CL）、扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）等技术被越来越多地应用到石英的结构研究中，揭示出更多肉眼和光学显微镜无法识别的结构特征。其中，CL技术是在石英结构特征研究中应用最多、也是最为有效的技术手段。
目前可以利用的硅质原料的矿石类型主要有脉石英、石英砂岩、石英岩、天然石英砂、粉石英、水晶以及花岗伟晶岩（主要用于加工高纯石英）等。石英岩多分布于四川、安徽、湖南、江苏、浙江及山东等地；石英砂岩和天然石英砂广泛分布于四川、福建、广东、新疆以及广西的南部和海南西北部及山东北部这些沿海地带；脉石英分布于四川、黑龙江、湖北、江苏等地的变质岩区。
不同成因岩石类型的石英矿石特点和应用方向并不一样：
（1）脉石英主要由富硅的岩浆热液或变质热液充填于裂隙中形成，通常脉石英原矿SiO2品位高,可达98%以上，Fe等杂质含量低，矿物组成简单，矿石可加工性强，部分脉石英提纯加工后可以达到高纯石英原料要求，但脉石英硬度大，矿体规模相对较小，因此脉石英多用作生产高端玻璃、硅微粉、工业硅、高纯石英等高附加值产品的原料。
（2）石英砂岩是由各类源岩（如花岗岩、花岗伟晶岩、脉石英等）经过风化剥蚀、搬运、沉积、胶结后形成的一类沉积岩。石英砂岩剥蚀搬运过程中，大多数易风化矿物会被天然风化、剥蚀掉，因此石英砂岩整体原矿SiO2品位较高，通常>90%。石英砂岩中，石英为岩石主要矿物，云母、长石、金红石、黏土矿物等为次要矿物，由于石英砂岩是由不同品质的源岩剥蚀搬运混合而成，因此不同品质石英颗粒被“混合”到一起，并且在胶结成岩过程中，黏土矿物等也容易被胶结或存在于石英裂隙或凹陷处，不易去除，因此石英砂岩整体加工提纯上限有限很难加工为高纯石英，但其原矿品位高、规模大、易开采，被广泛用于玻璃、陶瓷、冶金、耐火材料、板材等大宗应用行业。
（3）石英岩是石英砂岩或硅质岩经变质重结晶后形成，石英岩原矿SiO2品位>85%。石英岩中长石、云母、绿泥石、角闪石、红柱石等不同变质级别的矿物常与石英矿物共伴生或包裹于石英矿物中。石英岩硬度往往比石英砂岩更高，具有原矿品位高、规模大、易开采等特点，被广泛用于玻璃、陶瓷、冶金、石油压裂砂、化工、机械铸造等行业。
（4）天然石英砂是海相（或河相、湖相）搬运形成的、未胶结的石英砂粒，原矿SiO2品位>90%，含少量长石、云母、电气石、岩屑等。天然石英砂具有易开采、粒度适中、角形因数好等特点，主要应用于冶金、陶瓷、铸造砂、石油压裂砂等行业。
（5）粉石英是硅质灰岩或硅质岩等风化残积形成的细粒石英，原矿SiO2品位>95%。粉石英具有原矿品位高、易粉碎、品质稳定等特点，主要用作耐磨材料、硅微粉、耐火材料、陶瓷、板材等领域。
（6）水晶是一种以SiO2结晶体形式产出的石英，水晶中往往因含不同离子呈现出不同的颜色（如水晶晶格中Si4+被Fe3+等替代，会呈现出紫色等颜色），水晶矿规模小、开采难度大、矿物成分不稳定，目前主要用作压电水晶、光学、天然装饰品等领域。
（7）花岗伟晶岩主要由岩浆演化晚期富含挥发分的花岗质岩浆形成，由于伟晶岩的开采、破碎加工成本远高于其余硅质原料，目前主要利用特殊条件下形成的伟晶岩中的石英矿物制作高纯石英，是目前全球最重要的高纯石英矿石类型。
03 石英的典型应用
玻璃行业是石英资源消费量最大的领域，广泛应用于建筑、汽车、新能源、医疗等领域，玻璃行业主要产品类型有平板玻璃、器皿玻璃、钢化玻璃、光伏玻璃、电子玻璃、药用玻璃等。目前我国制造平板玻璃、钢化玻璃等常规玻璃所用石英资源要求较低，可从规模大易开采加工的石英砂岩、石英岩等资源中获得。制作光伏玻璃等低铁超白玻璃的石英砂要求较常规玻璃稍高（见表1），可以通过对部分优质的石英砂岩、脉石英、石英岩、天然石英砂等资源加工获取。
在 2021 年，我国玻璃产量规模庞大，达到了 101665 万重量箱，据测算，这一年玻璃生产过程中石英砂的消耗量约为 3406 万 t 。2023 年，根据国家统计局提供的数据，我国平板玻璃产量为 96941.80 万重量箱，这部分平板玻璃生产所消耗的石英砂数量约为 3247 万 t 。与此同时，2023 年我国光伏压延玻璃也实现了产量增长，累计产量达到 2478.3 万 t 。由于生产工艺特性，每产出 1 吨光伏玻璃，大约需要 0.71 吨低铁石英砂作为原材料，经过计算可知，2023 年光伏压延玻璃生产所消耗的低铁石英砂约为 1760 万 t 。仅仅把平板玻璃与光伏压延玻璃这两个细分领域的石英砂消耗量相加，2023 年我国在这两个领域的石英砂消耗总量就已经超过了 5000 万 t 。然而，整个玻璃大行业涵盖众多产品类别和应用场景，除了平板玻璃与光伏压延玻璃外，还有诸如器皿玻璃、钢化玻璃、电子玻璃、药用玻璃等多种产品，这些产品在生产过程中同样需要消耗大量石英砂，所以整个玻璃行业每年实际所需的石英砂总量应该是远高于 5000 万 t 。
玻璃下游需求主要来自于房地产、汽车、家电、光伏、日用器皿和电子等行业，其中地产以及与地产相关的需求占到了玻璃下游需求的75%，受房地产等行业需求不振的影响，未来常规玻璃需求增长缓慢；在“双碳”目标推动下，我国光伏产业快速发展，新增装机量不断提升，未来光伏玻璃仍将逐年增加。
铸造砂是除玻璃外石英资源的第二大消费领域，石英砂年消耗约3300万t，主要资源来源为石英砂岩、天然石英砂等。铸造用石英砂要求价廉易得、铸型制造简便、具有高的耐火度和热稳定性，通常要求铸造砂中含泥量低，SiO2含量在90%以上（较大的铸钢件则要求SiO2含量在97%以上），适宜的颗粒形状和颗粒组成，不易被液态金属润湿。2021年我国铸造砂产量达到3300万t，铸造砂价格在100～200元/t之间。3D打印砂为铸造型砂中较为特殊的型砂，随着3D打印技术快速发展，是目前铸造砂中用量增长较快的新类型，3D打印砂通常要求石英颗粒强度高，SiO2≥90%，Al2O3≤10%，CaO+MgO<0.6%，Na2O+K2O<0.4%，含泥量≤0.2%，粒度0.053～0.3 mm。
工业硅是由硅石和碳质还原剂在矿热炉内冶炼而成的产品，位于硅基新材料产业链的初始端，通过工业硅可以加工制造单晶硅、多晶硅、有机硅、铝合金等基础材料，是光伏、半导体、有机硅、硅合金等下游产业的重要原料。由于利用化学冶炼方法获得，因此工业硅可以从各类品质石英资源获得，2021年我国工业硅产量达到261万t，消耗石英砂580万t，2024 年全年预计国内工业硅供应近 495 万吨左右，主要从石英砂岩、石英岩、石英砂、脉石英等资源获取。
硅微粉是由天然石英或熔融石英经破碎、球磨、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等工序加工而成的微粉，具有硬度大、导热系数低、耐高温、绝缘和化学性能稳定等优点，广泛用于覆铜板、环氧塑封料、涂料、建筑、电路板、陶瓷等领域。大部分硅微粉可以利用石英砂岩、石英岩、脉石英、天然石英砂以及粉石英等资源加工制得；优质的高纯球形硅微粉多用于半导体、电子等封装材料，这些产品要求纯度高、放射性低、绝缘等特点，通常需要利用纯度>99.99%的高纯石英加工制备，并且对Th、U等要求严格，通常利用优质的脉石英加工制得。2021年我国各类型硅微粉产量达到60万t（含混凝土、耐火材料等领域用硅微粉），结晶硅微粉、熔融硅微粉、球形硅微粉等中高端产品也达到了近30万t。从需求端来看，下游应用行业发展良好，为硅微粉行业提供了广阔的市场空间。例如，集成电路需求复苏，据工信部统计，2024 年 1-5 月我国规模以上电子信息制造业增加值同比增长 13.8%，集成电路产量 1703 亿块，同比增长 32.7%，带动 EMC 需求量同比大幅增长，进而推动硅微粉需求增加。
冶金行业是石英的主要消费领域，石英可以作冶炼添加剂、熔剂炼制各种硅铁合金，炼钢时加入硅铁合金，能够节能、去氧等，2021年冶金行业消耗石英砂约1049万t。炼铁用硅石通常要求SiO2>97%、Al2O3<1%、P2O5<0.03%、CaO<0.8%，各类杂质中，磷含量是最重要的指标，会对后期钢铁冶炼产生影响，特级硅铁除P外，TiO2也为必检项目。此外，利用石英制造的碳化硅具有硬度高、化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好等特点，广泛用于磨料、耐磨剂、磨具、高级耐火材料等领域。
化工领域主要利用纯碱和石英砂为原料制作硅酸钠。硅酸钠又称水玻璃，是制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、偏硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品的重要原料，广泛应用于轻工业、机械、建筑、石油催化等领域。目前，在硅酸钠各应用领域中，洗涤剂及制皂工业的用量最高，约占33%；其次是白炭黑，用量约为25%；造纸业用量约为13%，黏合剂约占10%。生产硅酸钠对石英砂要求纯度较高，至少达到容器玻璃级石英砂标准，通常硅酸钠要求SiO2≥99.5%、Al2O3≤0.01%、Fe2O3≤0.03%、ZrO2≤0.01%。
石油压裂砂支撑剂是随同高压溶液进入到地层中，充填在岩层裂隙中，以起到支撑裂隙作用的材料，填充支撑剂后油气通道通畅，能够增加油气产量。目前国内外使用的石油压裂支撑剂主要有石英砂、陶粒支撑剂和覆膜支撑剂。与传统的陶粒支撑剂和覆膜支撑剂相比，石英压裂砂具有化学性质稳定、强度高、密度适中、价格低廉、环保等优点，但受运距影响较大。压裂砂支撑剂对石英要求通常为：粒度（各种规格106~3350 μm，各规格压裂砂粒径要求相对均一）、球度（不低于0.6）、酸溶解度（≤5%）、抗破碎度等；石英纯度无要求。
高纯石英具有耐高温、耐腐蚀、强度高、透光率高、热膨胀系数低等优异的物理化学特性，利用高纯石英制成的光伏半导体级坩埚、半导体晶圆石英隔热锭、超高功率光源玻璃、光纤、汽车光源玻璃、特种光源玻璃、精密光学仪器、航空玻璃等高技术产品，是新一代信息技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保及航空航天、海洋装备等战略性新兴产业不可或缺的关键基础材料，对于战略性新兴产业健康发展具有重要意义。
半导体领域：半导体集成电路制造最为核心的环节就是芯片制造环节，芯片制造主要由单晶生长、晶圆加工制造、集成电路芯片的生产以及后期封装四个部分组成，其中最为核心、难度最高、对相关材料要求最严苛的为硅片制造和晶圆制程环节。
石英在半导体领域中的应用主要是半导体级别的石英坩埚以及晶圆制造的辅材环节。而石英制品贯穿硅片制造和晶圆加工环节，应用于半导体支撑扩散、氧化、沉积、蚀刻等关键过程。其中纯度为5N2的高纯石英砂可制半导体石英坩埚，纯度为4N和4N8的高纯石英砂可制硅片氧化、扩散等用的石英材料。最近，光掩膜石英玻璃基板受到广泛的关注。其中，石英玻璃基板的主体为石英玻璃，其光学透过率高，热膨胀率低，光谱特性优良，具有较高的硬度和较长的使用寿命，适用于高精度光掩膜基板的制造。光掩膜基板下游领域包括IC制造、IC封装、平面显示和印制线路板等行业。
光伏领域：在光伏产业链中，石英制品发挥着举足轻重的作用。除了以超白低铁石英砂为原料生产的光伏玻璃以外，以高纯石英砂为核心原料生产的石英坩埚是下游最为亮眼的应用领域。
石英坩埚是光伏及半导体领域高纯石英砂的主要制品，主要应用于支持高温条件下连续拉晶，是用来装放多晶硅原料的消耗型石英器件，石英坩埚可主要分为方形和圆形两类，其中方形石英坩埚用于多晶硅锭铸造环节，圆形石英坩埚则用在单晶硅棒拉制环节。相较于普通石英砂，经过选矿提炼制备而成的高纯石英砂具有更好的耐高温性及热稳定性。
在制造过程中使用石英资源为基础原料的部件有钢化玻璃、电池片、硅胶以及铝合金，不同组件对石英砂要求各不相同，用量各不相同。钢化玻璃层主要起保护作用，保护位于其下的电池片等内部结构，要求其透光率透明度好、能量转化率高、自爆率低、强度高且薄。目前太阳能钢化玻璃应用最为广泛为低铁超白玻璃，低铁超白玻璃通常要求石英砂中主要元素SiO2≥99.30%，Fe2O3≤60ppm等，制作太阳能光伏玻璃所用石英资源多采用石英岩、石英砂岩、滨海石英砂等资源经选矿提纯获取。
制作光伏单晶硅、多晶硅通常利用金属硅制作，受成本影响，制作多晶硅的金属硅对石英原料要求较高，通常用SiO2＞99.9%的石英砂经冶炼、提纯制成，制作多晶硅所用石英资源可从优质石英岩、石英砂岩、脉石英等资源中获取。在生产多晶硅、单晶硅过程中用到的坩埚、扩散管等材料为光伏级高纯石英砂，通常要求石英砂SiO2≥99.99%杂质元素总含量应小于25ppm，其中K、Li、Na小于2.5ppm。而超高纯石英含量大于99.999%（Al<8 ppm，Fe<0.05 ppm，Ti<1.3 ppm等）。硅胶主要起密封作用，将各个组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处等部位进行密封。目前，硅胶多通过金属硅制得，硅胶用金属硅对石英资源要求相较多晶硅、单晶硅用金属硅要低，通常石英砂品质SiO2>99.0%的石英资源可制得。
光纤领域：在大规模信息网络建设需求的带动下，全球光纤通信行业一直处于高速发展态势，经过多年的发展，我国已经成为全球光纤光缆生产和消费的第一大国。光纤预制棒作为光纤光缆生产的“源头”，一直被认为是光纤光缆产业链的核心竞争点。而光纤制造的主要基础材料——光纤用石英玻璃也成为光通信业发展的基础材料。其中，石英衬管（Substrate Tube）和套管（Jacket Tube）是光纤预制棒制备工艺过程中最常用的高端石英管材，其在光纤预制棒行业不断发展的历程中始终发挥着至关重要的作用。
参考来源：
李作敏等，我国石英资源的开发利用特点及应用进展
李玉钊等，石英的结构和化学组成对矿床成因和找矿勘查的指示应用
石英产业，绝对收藏！一文了解集成电路半导体用高纯石英
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