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从99.995%到99.999%，打开高纯石英砂国产技术“新格局”
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- 2024-09-25 10:10:51
- 石英石网
- 石英
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在浙江润优新材料科技有限公司（以下简称“润优”）成品仓库里，一个个包装桶里装满了洁白的粉末，工人们穿着洁净服、洁净帽、口罩，对成品进行检验，最后打包装箱运往全国各地。 或许你很难想象，这些从“石头”里提纯出的白色粉末，推动着光伏、半导体级石英制品和硅基新材料的跨越发展。新材料产业是制造业高质量发展的先导和基石，也是培育新质生产力的关键领域。2022年9月底落地武义，不到2年，润优的石英提纯技术实现了巨大的进步，完成光伏行业高纯石英原材料的国产替代，具备国内优质稀缺品的持续供应能力。 0.004%意味着什么 润优研发总监、北京大学地质学（材料及环境矿物学）博士彭立华介绍，此前高纯度石英砂很少受到关注。但实际上，高纯度石英砂是我国新能源、新材料诸多领域的重要上游核心原辅材料，在半导体、光伏、光纤通讯、航空航天、军工都有很多高端应用。 “作为受矿源限制严重的天然不可再生矿物资源，石英砂目前还没有工业品批量替代的可能，是稀缺的战略性资源。”彭立华说。润优一直在全世界寻找品质稳定、均一性好的原矿，目前在国外有储量百万吨且稳定供应的石英矿脉。 但是，若仅仅把它理解成一种资源，显然不够全面。高纯石英砂提纯必须直面的不仅有原矿壁垒，还有技术壁垒。 如果说，原矿壁垒属于先天资源型缺陷，那么着重能攻克的便是技术壁垒。在润优的生产车间里，花岗伟晶岩、石英岩、脉石英等原矿经过浮选、酸净、电选、色选、磁选等十几道筛选、加工工序，去除原矿中的各类杂质，原本灰色的原矿提纯成雪白的高纯度石英砂。 “在工业上，绝大多数的提纯除杂过程也是新杂质的引入过程，有些是肉眼可见的，也有些很难注意到的官能团和离子。”润优创始人季勇升说。他拿出两块经过提纯的石英，通过手电筒打光可以看到，一块中有绵密的杂质，另一块则澄澈透明如水晶。“前一块是公司刚成立时的技术水平，石英纯度是99.995%，后一块的纯度则达到了99.999%。” 0.004%的差距意味着什么？季勇升说，这就代表了高纯石英原材料应用覆盖从20%上升到70%，从普通的玻璃生产跨越到光伏行业高纯石英原材料的国产替代。接下来，润优将向半导体行业用高纯石英原材料供应领域“进击”，解决的是高纯石英砂产业端“卡脖子”技术难题。 科研与产业的跨界合作 从99.995%到99.999%，润优仅用时一年。这是一个令同行艳羡，也让学界惊叹的速度，背后藏着一个由近30位博士和博士后组成的科研团队，更是以产业的深度实践和工艺技术的创新做支撑。“我们的技术研发和产品更新能力，在国内处于行业领先地位。”彭立华介绍，润优与浙江大学杨德仁院士团队联合组建了石英材料研究院，定位是国内顶尖的高纯石英材料研究机构。 过去这一年，是浙大杭州国际科创中心和润优携手走过开拓高纯石英砂国产技术的第一个“丰年”。一年时间，科研与产业的跨界合作能产生多大效益？ 下游光伏及半导体用石英制品须达到的99.998%（4N8）纯度，决定了主要杂质元素需低于20ppm。若杂质元素高，则会极大影响单晶硅的纯度；同时，气液包裹体的含量也会影响石英制品的使用寿命。但是，国内技术目前在低品位石英矿中的杂质矿物去除以及气液包裹体的去除方面依然有待提高。联合实验室研究攻克的正是这两方面难题。 “联合实验室制备的高纯石英砂纯度能达到99.998%，意味着其在下游石英制品中的稳定使用寿命可达到几百小时，对于产业化来说成本会更低，更适合大规模应用。”浙江大学特聘教授、润优首席科学家余治国介绍。浙大科创与润优携手“破局”高纯石英砂国产技术困境，实现4N8级（纯度99.998%）和5N级（纯度99.999%）高纯石英砂提纯技术的突破和产业化落地。 去年12月，金华市科协在此建立了博士创新站。目前，润优正在开展浙江省2024年度“尖兵”研发攻关计划项目《高纯石英材料的提纯研究》。今年2月，“浙江润优新材料科技有限公司年产4万吨高纯石英制品及半导体硅基新材料项目”被列为浙江省重大产业项目，建成后将形成年产4万吨高纯石英制品及半导体硅基新材料生产能力。 为国内半导体自主化发展贡献力量 季勇升是土生土长的金华人，80后，毕业于浙江大学机械工程及自动化专业。从业近20年，他精通石英制品制造工艺及设备，拥有专利10余件。不过，说起入行新材料领域，他算是“误打误撞”。 大学毕业那年，季勇升是班上为数不多直接就业的。他受邀进入一家跨国新材料企业，从一名小工程师做起，用了8年时间干到了厂长的位置。 “也是在这时，我亲身经历了‘卡脖子’的难。”季勇升回忆，彼时总公司正好有一个高管委培的机会，作为全公司最年轻的高管之一，他却未能争取到机会。“放眼望去，入选的清一色是外国人。” 当年也正是国内光伏行业高速发展之际，国内对石英等新材料的需求大增，在与外企的接触中，季勇升发现不仅是个人，整个行业也面临同样的原材料与技术“卡脖子”问题。“想要发展，就必须拥有自主竞争力与生产力，这也是我丢掉高管饭碗选择创业的原因。” 一晃10年，季勇升的创业之路从下游的石英产品延伸到上游的石英原材料，直面问题的根源。目前，润优研发规划中的硅基新材料，聚焦的都是各类战略新兴产业中急需国产化的方向，当中很多是目前进口依赖程度高但自主可控需求强烈的新材料。 “未来，我们将致力于解决国内半导体行业用高纯石英原材料供应的‘卡脖子’问题，为国内半导体的自主化发展贡献一份力量。”季勇升说，他们将坚持科研立企，敏锐洞察新材料发展趋势，加快发展新质生产力。 在润优一期厂区，包括创始人在内的所有工作人员办公场所就在厂区旁简易搭建的临时区域里。一期厂区对面，是润优的二期工厂；办公室墙面上，挂着四幅三期工厂的规划图，厂房林立、面貌一新，该厂区也即将投产。目前润优新材料的高纯石英砂月产能够达到1000吨；三期工厂开始运作后，产能将达到2000吨/月，同时还将生产大量像石英坩埚等应用在光伏以及半导体行业的高端原辅材料……可以说，润优在高纯石英砂领域已具备全球第一梯队的能力。 事实上，两年的快速发展、三期厂区的跨越升级，润优的创新创业之路也是我国新材料领域破局逐鹿的缩影写实。作为上游核心原辅材料供应企业，润优正在做的就是这样一件事。正如季勇升所说，要把技术掌握在自己手上，才能拥有更加强劲的发展动力与更大的话语权、主动权。 中国是世界第一大工业制造国，也是全世界唯一拥有联合国产业分类当中全部工业门类的国家。然而，我国部分工业发展却受到别国“卡脖子”的威胁，特别是芯片、发动机、材料、数控机床、工业软件等领域存在短板。解决外国“卡脖子”问题，关键就在于加快科技自立自强步伐，核心就要强化科技创新和产业链供应链韧性。这就要求我们要加强基础研究和应用基础研究，同时做好创新链和产业链的“双链融合”。
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