高纯石英砂是指SiO₂纯度大于99.9%的石英砂系列产品，其本质是以天然石英矿为原料经提纯加工获得的具有极高SiO₂纯度且具有一定粒度组成的石英晶体原材料。作为半导体晶圆制造、光伏单晶硅拉制、光纤预制棒、高端光学器件等领域的“基石材料”，高纯石英砂的纯度直接影响下游高端制造的产品性能与核心竞争力。
从市场需求来看，2025年全球高纯石英砂市场规模为11.4亿美元，预计到2034年将增长至16.5亿美元，复合年增长率达4.16%。半导体产业的快速发展进一步打开了增长空间——全球半导体市场规模从2020年的4405亿美元增长至2025年的7009亿美元，14纳米制程对石英砂金属杂质含量要求低于10ppb，构成高端石英砂的刚性需求。
然而，我国高纯石英产业发展面临“双重瓶颈”。一方面，高端高纯石英原矿和产品严重依赖进口：4N8级高纯石英砂存在“卡脖子”风险，半导体级高纯石英砂的进口依赖度高达约90%。另一方面，光伏与半导体产业的高速扩张产生了大量硅基固体废弃物。以光伏晶硅切割为例，硅片切割过程中约50%的高纯硅以切割废料形式损失，若不当处置不仅造成巨大资源浪费，还会增加严重环境负担。对晶硅切割废料中的硅资源进行回收及高值化利用，不仅可以有效降低环境污染风险、保障人体健康，而且可以促进高纯硅资源的循环利用，具有重要的环保与经济价值。
硅基固废主要来源于光伏与半导体产业生产链的多个环节，包括硅片切割过程产生的切割废料（硅泥）、单晶硅拉制过程产生的废石英坩埚灰、石英选矿过程中产生的尾矿、退役光伏组件等。这些废弃物的资源化利用正从简单回收向高值化产品制备方向转变。
光伏晶硅切割废料（SCW）是硅基固废中产生量最大、资源价值最高的一类。在金刚线切割硅锭制备太阳能电池硅片时，约50%的高纯硅以切割废料形式损失。硅切割废料的主要成分为高纯硅粉（纯度通常在5N以上），并夹杂少量碳化硅磨料、金属杂质和切割液残留物。
废石英坩埚是单晶硅拉制过程中产生的重要固废。在提拉法生产单晶硅棒时，石英坩埚因长期高温使用而破裂或污染，通常被堆放或填埋处理，不仅成本高昂，且对环境带来巨大压力。废石英坩埚含有大量高纯硅和石英（SiO₂含量通常超过95%），具有极高的回收价值。
高纯石英提纯与硅基固废资源化利用是硅材料领域两个紧密关联的战略方向。前者关乎我国半导体和光伏产业链的源头安全，后者关系到产业的绿色可持续发展。当前，我国在高纯石英提纯领域已取得从4N8到5N4级的梯级突破，在硅基固废资源化方面也从粗放处理走向高值化利用的新阶段。
孙红娟，博士，二级教授/博导，四川省学术和技术带头人。中国矿物岩石地球化学学会矿物材料专业委员会副主任委员，中国有色金属学会矿物功能材料专业委员会副主任委员、中国地质学会矿物学专业委员会委员等。获美国SME协会“青年科学家”、江苏省“双创人才”等。先后主持、主研国家自然科学基金、国家重点研发项目、省部级项目等20余项，企业合作项目30余项；获省级科技进步一等奖4项；授权发明专利100余项；发表学术论文200余篇，出版专著1部。主要从事高纯石英原料判别与提纯、蒙脱石、蛭石和石墨等层状矿物材料、典型工业固废资源化评价与开发利用关键技术研究。
随着光伏、半导体等战略性新兴产业的高速发展，高纯石英（SiO2纯度≥99.998%，即4N8以上）作为石英坩埚、扩散管、刻蚀环等关键耗材的基础原料，其战略地位日益凸显。然而，我国高纯石英资源匮乏、提纯技术长期受制于国外，同时光伏及半导体制造过程中产生的大量硅基固废（如石英坩埚废料、切割硅泥、废硅片等）尚未得到高值化利用，造成资源浪费与环境压力。本报告面向光伏/半导体产业对高纯石英原料及绿色制造的双重需求，系统研究了高纯石英深度提纯技术与硅基固废资源化利用的协同路径。
