中國(guó)粉體網(wǎng)訊 芯片是信息化的基礎(chǔ)原件，在現(xiàn)代社會(huì)生活中占據(jù)重要的地位，手機(jī)、計(jì)算機(jī)、智能家用電器、交通工具、軍事領(lǐng)域都離不開芯片。前不久，芯片出現(xiàn)短缺現(xiàn)象，最初集中在汽車行業(yè)，然后逐步蔓延到其他許多消費(fèi)電子產(chǎn)品，包括智能手機(jī)、冰箱和微波爐。
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汽車缺“芯”
美國(guó)伯恩斯坦研究公司預(yù)計(jì)，2021年全球范圍內(nèi)的汽車芯片短缺將造成多達(dá)450萬(wàn)輛汽車產(chǎn)量的損失，相當(dāng)于全球汽車年產(chǎn)量的近5%。
疫情期間消費(fèi)類電子產(chǎn)品需求旺盛
由于去年疫情沖擊，在家辦公一時(shí)成為“新時(shí)尚”，電腦、平板等消費(fèi)電子產(chǎn)品的使用量增加，芯片的需求量也同時(shí)增加。
而芯片制造工藝步驟多且難度大，僅原料需求就面臨諸多難題。
硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而脫氧后的硅砂（尤其是石英）最多包含25%的硅元素，以二氧化硅（SiO2）的形式存在，這也是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。
芯片制造工藝流程
高純石英的產(chǎn)品分類與技術(shù)狀況
高純石英是集成電路、半導(dǎo)體芯片、光伏、光纖、新型玻璃等產(chǎn)業(yè)必不可少的關(guān)鍵材料，但能夠生產(chǎn)高純石英的礦床極為稀缺。
全球高純石英原料礦床分布
全球高純石英原料礦床
據(jù)王九一在全球高純石英原料礦的資源分布與開發(fā)現(xiàn)狀一文中介紹，全球高純石英原料礦床分布于美國(guó)、挪威、澳大利亞、俄羅斯、毛里塔尼亞、中國(guó)、加拿大等7個(gè)國(guó)家。
美國(guó)
·斯普魯斯派恩礦床
斯普魯斯派恩高純石英原料礦坐落于美國(guó)北卡羅來(lái)納州西部米切爾縣的斯普魯斯派恩鎮(zhèn)。礦石的主要造巖礦物為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、白云母，幾乎不含鎂鐵質(zhì)礦物。石英的雜質(zhì)元素含量極低，經(jīng)機(jī)械和化學(xué)提純后，制得的高純和超純石英主要用于半導(dǎo)體晶圓、精密光學(xué)玻璃以及光伏、照明等產(chǎn)業(yè)。
該礦供給了全球90%以上的高純石英砂需求量，在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)甚至是唯一的來(lái)源地。2009年BBC稱此地為“地球上最具戰(zhàn)略價(jià)值的平方英畝”。
·博維爾礦床
博維爾礦位于愛(ài)達(dá)荷州北部拉塔縣博維爾鎮(zhèn)。經(jīng)電子探針?lè)治觯V石中石英晶體的純度大于99.9%，Al2O3、Fe2O3含量均低于40×10-6(I-Minerals，2014)。博維爾高純石英資源量巨大，采用傳統(tǒng)、類似斯普魯斯派恩礦的浮選提純工藝，即可生產(chǎn)高純石英砂，礦石的提純加工難度較低。
挪威
·德拉格礦床
德拉格礦區(qū)地處挪威北部諾爾蘭郡廷斯菲尤爾峽灣(Tysfjord)西側(cè)的德拉格村附近，由分布在方圓5km2的數(shù)十個(gè)偉晶巖型的石英礦體組成。石英晶體純凈，粒徑平均6mm，流體和固體包裹體非常稀少，Al、Ti、Li、B等晶格雜質(zhì)元素均達(dá)到高純石英原料的質(zhì)量要求。
·內(nèi)索登礦床
內(nèi)索登礦位于挪威西南部的霍達(dá)蘭郡的克文赫拉德市(Kvinnherad)，礦石中的石英晶體較大，大小介于1μm～3cm之間，平均3mm；由于受加里東期之后構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，石英晶體普遍強(qiáng)烈重結(jié)晶，流體包裹體廣泛發(fā)育，白云母、鉀長(zhǎng)石、方解石等固體包裹體也較為常見。
澳大利亞
·燈塔礦床
礦床位于昆士蘭州北部的喬治敦區(qū)。礦床為熱液脈石英型，由東、西兩座狀似燈塔、高出地表約440m的石英山峰組成，因而得名燈塔礦床。礦石純凈、半透明或乳白色、塊狀，近直立狀充填于逆斷層中。經(jīng)ICP-OES測(cè)試，東、西礦體的礦石純度＞99.90%，主要雜質(zhì)元素Al、Ti、Fe、P、Ca等含量均較低，經(jīng)簡(jiǎn)單機(jī)械提純后，純度即可達(dá)99.95%以上，證明燈塔礦床為優(yōu)質(zhì)的高純石英原料礦。
·糖袋山礦床
礦床位于喬治敦區(qū)，礦床為熱液脈石英型，呈北西－南東向充填在古元古代變質(zhì)巖系斷裂帶。礦石質(zhì)量極為優(yōu)質(zhì)，原位SiO2純度可達(dá)99.99%以上。
目前，糖袋山礦床尚未開采和生產(chǎn)高純石英砂，但其探明和控制的資源量規(guī)模可觀，可露天開采；礦石原料SiO2純度達(dá)99.99%以上，使其開采和提純成本大大降低。
·白泉和石英山礦床
礦床均為熱液脈石英型，成礦過(guò)程與燈塔礦床類似。白泉脈石英產(chǎn)于志留紀(jì)－泥盆紀(jì)的黑云母花崗閃長(zhǎng)巖中，石英山脈石英呈垂直筒狀產(chǎn)于元古宙艾恩斯利變質(zhì)巖系的黑云母片麻巖中。白泉礦的礦石質(zhì)量?jī)?yōu)異，原料SiO2純度達(dá)99.99%以上，高純石英的推斷資源量150萬(wàn)噸；石英山礦石原料純度大于99.5%，符合JORC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)測(cè)高純石英資源量1400萬(wàn)噸(Solar QuartzTechnologies，2016)，資源規(guī)模巨大。
·克雷西克礦床
礦床位于澳大利亞維多利亞州中南部的克雷西克區(qū)，東南距墨爾本市130km，南距巴拉臘特市20km。礦床為金礦尾礦型，由19世紀(jì)淘金熱開采金礦廢棄后的尾礦組成。礦石為尾礦中6～200mm的石英礫石，質(zhì)量?jī)?yōu)異，雜質(zhì)元素含量低，尤其是B和P含量很低。經(jīng)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)采用傳統(tǒng)機(jī)械和化學(xué)提純工藝處理后，制得的高純石英砂SiO2純度可達(dá)99.995%。
俄羅斯
·克什特姆礦床
克什特姆礦床位于俄羅斯車?yán)镅刨e斯克州的克什特姆市，東南距離車?yán)镅刨e斯克市100km。礦床為熱液脈石英型，賦存于上太古界烏法雷變質(zhì)雜巖系的片麻巖和混合巖中。脈石礦物主要有長(zhǎng)石、云母、碳酸鹽、鋯石、獨(dú)居石等。礦區(qū)總長(zhǎng)15km，寬1～3km，面積20km2，石英儲(chǔ)量136萬(wàn)噸。用作高純石英原料的主礦體為175號(hào)脈，呈北東－南東向分布在卡拉巴什市(Karabash)西側(cè)。2014年，IMCMontan公司按照J(rèn)ORC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)175號(hào)脈進(jìn)行儲(chǔ)量評(píng)估，顯示該礦體高純石英原料礦儲(chǔ)量超過(guò)50萬(wàn)噸。
·薩蘭保爾礦床
薩蘭保爾礦床地處俄羅斯?jié)h特－曼西自治區(qū)別列佐夫斯基區(qū)的西北緣，礦石半透明－透明狀，呈玻璃光澤；脈石礦物包含少量云母、方解石、綠泥石、磷灰石以及微量的黃鐵礦、榍石。礦床主要由嘟嘟、內(nèi)斯特舒爾和庫(kù)斯奧伊卡3個(gè)礦區(qū)組成。嘟嘟礦區(qū)資源量最大。根據(jù)2014年3個(gè)礦區(qū)的勘探報(bào)告，可用作高純石英的資源量為33萬(wàn)噸。此外，在礦區(qū)范圍外發(fā)現(xiàn)有多條尚未勘探的石英脈，遠(yuǎn)景資源量可能更為可觀。
毛里塔尼亞
·烏姆阿奎尼納礦床
礦床位于毛里塔尼亞西部的努瓦迪布灣省。礦床為熱液脈石英型，以巖墻脈狀侵入太古宙雷吉巴特地盾的花崗片麻巖和片巖中。礦石呈淺灰色的半透明狀、光滑透明狀，部分采樣礦石的SiO2含量大于99.8%。地表出露的礦體表現(xiàn)為破碎的大塊脈石英礫石，其上覆蓋少量紅土。石英的推斷資源量500～1000萬(wàn)噸，但因缺少鉆孔驗(yàn)證和測(cè)試分析以及必備的選礦實(shí)驗(yàn)，可用作高純石英原料的資源量不明。
·查米礦床
查米礦床位于努瓦迪布灣省東部，距烏姆阿奎尼納礦20km。礦床成因、礦石類型、圍巖、賦存特征與烏姆阿奎尼納礦類似，礦石SiO2含量為98%～99.9%。部分礦石樣品經(jīng)安扎普蘭公司提純后檢測(cè)，純度和質(zhì)量可達(dá)IOTA4標(biāo)準(zhǔn)。
加拿大
·約翰比茲高純石英原料礦
在加拿大魁北克省東南部約翰比茲灣的海岸帶，10條北東－南西向的熱液脈石英礦體出露地表，即約翰比茲高純石英原料礦。礦區(qū)西距圣皮埃爾港68km，距七島港300km。區(qū)內(nèi)主要有元古宙石英巖、輝長(zhǎng)巖、花崗片麻巖。加拿大PLA公司對(duì)礦區(qū)的典型礦脈進(jìn)行采樣，并委托安扎普蘭公司分析礦石質(zhì)量，結(jié)果顯示礦石的SiO2含量為98.7%~99.6%，雜質(zhì)元素B和P的平均含量分別低于0.25×10-6和0.2×10-6，可用來(lái)生產(chǎn)光伏石英坩堝。
中國(guó)
·靈虬山脈石英礦
靈虬山脈石英礦位于蘄春縣西北約20km的橫車鎮(zhèn)，為熱液脈石英型，由硅質(zhì)熱液侵入太古宙大別山群紅安組的黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、花崗片麻巖和角閃巖而形成。湖北省基本建設(shè)委員會(huì)401隊(duì)于1971～1973年對(duì)礦床進(jìn)行勘探，發(fā)現(xiàn)6條脈石英礦體，共提交脈石英儲(chǔ)量387.4萬(wàn)噸(湖北省基本建設(shè)委員會(huì)四〇一隊(duì)，1972)。鉆孔取樣分析結(jié)果表明，礦石幾乎全由石英組成，晶體粒徑1～2mm，含微量黃鐵礦、白云母、絹云母、綠泥石、輝鉬礦等。礦石SiO2純度＞99.35%，Al2O3＜0.22%，F(xiàn)e2O3＜0.02%。目前，湖北省蘄春縣靈虬山石英礦持有礦床的采礦權(quán)，露天開采，其設(shè)計(jì)礦山規(guī)模為年采1.5萬(wàn)噸礦石。
資料來(lái)源：
恒基創(chuàng)投.圖解芯片制造工藝流程
王九一.全球高純石英原料礦的資源分布與開發(fā)現(xiàn)狀
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/茜茜）
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