10月初，美国的一场飓风“海伦妮”使美国一个不足2000人的小镇出现在大众眼前，许多媒体纷纷报道，小镇被淹可能影响全球芯片和太阳能行业。
这个小镇，到底是何来历？
Spruce Pine，最优质的高纯石英矿床
上文提到的美国小镇，名为斯普鲁斯派恩（Spruce Pine），有“石英小镇”之称，它位于北卡罗来纳州的西部地区，是世界上仅有的、为数不多的几个可以开采高纯度石英的地方。
根据现有资料，全球高纯石英原料矿床分布于美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、毛里塔尼亚、中国、加拿大等7个国家。除中国外，共有14处矿床，其中，有生产矿山的7处，尚未开采生产的7处。美国斯普鲁斯派恩矿的高纯石英原料资源规模最大，超过1000万吨。
当下，全球范围内高纯石英砂的主要生产厂商有美国尤尼明（矽比科）、挪威TQC等。美国尤尼明（矽比科）是世界上领先的高纯石英生产商，公司IOTA高纯石英系列产品能获得国际垄断地位的根本原因，在于其拥有世界上迄今为止唯一发现的独特高纯石英优质原料——花岗伟晶岩石英。该原料为产自美国北卡罗来纳州斯普鲁斯派恩地区的花岗伟晶岩（曾称为白岗岩），其具有矿体规模大、石英中流体杂质少、矿石品质稳定等优点，是美国和挪威4N8高纯石英高端产品的生产原料，其产品质量优异，稳定性高而成为高纯石英高端产品的标准，垄断了全球石英坩埚内层砂和半导体级高纯石英市场。
挪威TQC是全球另一家大型高纯石英砂生产企业，其主要原材料来源自美国北卡罗来纳州斯普鲁斯派恩地区的高品质石英矿资源，生产的产品主要用来满足半导体和太阳能产业的标准需求。
而我国生产高纯石英的原料为脉石英和水晶，由于国内水晶资源接近枯竭，因此，国内主要采用脉石英为原料生产高纯石英，但受矿石品质的限制，生产出来的品质主要为低端高纯石英，高纯石英目前被少数企业垄断。
高纯石英的战略性地位
那高纯石英为何如此重要？它的紧缺又将给全球带来什么样的影响呢？要回答这些问题，就不得不提起高纯石英的战略性地位。
高纯石英是石英玻璃、硅材料及相关产业发展的物质基础，广泛应用于电子信息、光伏、光通信和电光源等行业，在新材料、新能源战略性新兴产业中具有重要地位和作用。其中，SiO2纯度≥99.998%（4N8）的高纯石英高端产品不仅是一种新材料和矿物功能材料，而且是半导体、光伏、电子信息和高端电光源等生产必不可少的关键基础材料，也是我国芯片发展（晶圆制造与芯片封装等）不可或缺的关键材料之一，在电子信息、新材料和新能源等战略性新兴产业以及国防军工、国家安全中具有非常重要的作用和地位。
以高纯石英砂为原料熔炼拉制出的各种石英玻璃管，具有有熔点高、抗热震性能优异和易于压缩加工等优势，主要用于芯片和光伏半导体硅片加工处理的扩散炉管等，在航天航空、武器装备领域用来制作整流罩、雷达罩、隔热罩、透玻材料及耐高温材料等，还可用于制造卤素灯等各种光电源器件。
以高纯石英砂为原料、经真空电熔法和氢氧气炼法生产的石英砣是呈圆砣状的透明石英玻璃原材料，具有透明度高、气泡少、膨胀系数低、抗热震性能优异和可加工性等优势，主要用于生产半导体石英玻璃制品，包括石英舟、石英法兰和石英钟罩等产品，以及各种光学石英玻璃制品。
在直拉法拉制单晶硅棒的生产过程中，以4N8高纯石英砂为原料制备的石英坩埚是必不可少且一次性使用的耗材，对单晶硅棒的产量、质量、成本和生产安全都有重要影响。芯片和光伏等行业的高速发展和国家重大需求，带动了4N8高纯石英产品的旺盛需求。而我国用于生产单晶硅棒的石英坩埚通常采用三层结构，其中内层砂仍需高价从美国、挪威等国进口，而质量要求略低的中外层砂，其矿石原料也需要从印度等国进口。
由此，不难看出，美国小小的一个镇遭受气候灾害，其影响为何能波及全球的半导体及光伏产业。然而，值得庆幸的是，10月10日，矽比科宣布，在飓风“海伦”造成的中断后，其Spruce Pine高纯度石英开采和加工业务将恢复生产。公司还宣布，它已重新开始向客户发货，并且生产和出货量正在逐步提高到满负荷生产。
如何解决“卡脖子”问题？
虽然此次美国“石英小镇”后续的涟漪效应已经及时遏制住，但这也适时提醒我们，要如何提高我国在高纯石英行业的话语权？
其一，是提升找矿和原料选择技术：首先，如何在复杂多样的石英矿中发现和选择高纯石英高端产品的原料，已成为实现高纯石英技术突破的前提和保证。目前，在石英的7种矿床工业类型中，能够加工高纯石英的原料有天然水晶、脉石英和花岗伟晶岩石英3种，其中脉石英是我国目前高纯石英生产的主要原料，因此，要致力于实现脉石英和花岗伟晶岩等高纯石英优质原料找矿和应用的突破。
另外，高纯石英的质量与杂质含量并不是简单的线性关系，而是取决于其杂质的工艺矿物学特征。不同石英矿的杂质特征及含量不尽相同，因此对于高纯石英原料，分析其纯度、脉石矿物杂质、包裹体杂质、晶格杂质等特征是确定提纯工艺及应用方向的前提。
其二是深度研究提纯加工技术：石英的选矿提纯技术可以分为物理提纯和化学提纯两个阶段。不同石英提纯技术所去除的杂质类型是有针对性的。物理提纯主要包括水洗-分级脱泥、擦洗、重选、磁选、浮选、煅烧-水淬、色选等，目的是石英与共伴生矿物的分离和石英表面附着膜、泥样矿物的分离，解决石英矿物外部杂质问题；化学提纯主要包括酸浸、氯化焙烧、高温爆裂、微波辐射、微生物等方法，目的是去除石英内部的微小矿物包裹体、气液包裹体和晶格杂质，解决石英内部矿物杂质问题。
必须根据不同成因、不同产地、不同种类石英矿原料的矿物材料学特征，尤其是根据矿物原料中杂质矿物、气液包裹体和类质同像杂质3类杂质的特点及其赋存状态，做到一矿一策，提出有针对性的加工工艺与方法。
其三是加工装备技术：石英加工提纯离不开相关的装备，根据不同的提纯工艺流程，高纯石英的加工设备有水洗分级设备、研磨设备、重选设备、色选机、浮选机、磁选机、电选装备、酸洗反应釜、高温氯化炉、焙烧炉等。由于高纯石英加工工艺具有试剂纯度高、腐蚀性强、材料标准严、环境要求苛刻和安全要求高等特点，这就决定了高纯石英加工生产装备要求很高，研发安全、环保、高效的生产装备是能否实现规模化、产业化的关键条件。
最后是质量检测技术：矿床成因研究、高纯石英用硅质原料品级划分和高纯石英砂产品质量情况需要实验分析测试技术支撑。目前，在高纯石英检测行业还没有统一的检测标准，高纯石英的主要成分是SiO2，针对于SiO2检测技术，主要有分为两大类，即化学分析法和仪器分析法，必须要选择可靠的质量检测技术作为保障。
