中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石英材料被廣泛應(yīng)用于集成電路、光伏等高技術(shù)硅材料領(lǐng)域，是國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和支柱性產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不可替代的高純基礎(chǔ)材料。而東海縣匯聚了全國(guó)85%的石英材料生產(chǎn)企業(yè)，被譽(yù)為“東方石英中心”。2023年9月15日，由東�？h政府和中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的全國(guó)集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)在江蘇東海隆重召開(kāi)，會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到了業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對(duì)話欄目，進(jìn)行訪談交流。
本期為您分享的是中國(guó)粉體網(wǎng)對(duì)湖南工業(yè)大學(xué)侯清麟教授的專訪。
高純石英砂是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可替代的礦物原料，其SiO2含量一般高于99.99%，被廣泛應(yīng)用于集成電路、醫(yī)學(xué)、航天航空、光通訊、激光等行業(yè)。由于這些行業(yè)關(guān)系到國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，是一個(gè)國(guó)家高新技術(shù)可持續(xù)性發(fā)展的必要條件，其高端產(chǎn)品的制備技術(shù)被美、挪威等國(guó)所壟斷因此，高純石英砂的國(guó)產(chǎn)化是迫在眉睫的。
1目前制約我國(guó)高純石英砂提純的主要因素
雖然我國(guó)的石英礦儲(chǔ)量非常豐富，然優(yōu)質(zhì)礦石資源不足(目前)，品質(zhì)較差，做成高純石英砂后因氣液包裹體含量、金屬雜質(zhì)高難以剔除，銷售價(jià)格極低，讓人們望而卻步，難以滿足行業(yè)發(fā)展的需要。
此外，由于下游行業(yè)主觀意念、研究開(kāi)發(fā)投入少或已有的研究新技術(shù)持懷疑態(tài)度落地難等原因，使得優(yōu)質(zhì)硅礦石開(kāi)采與應(yīng)用工作步履艱難。
采用新技術(shù)制備高純石英砂及用國(guó)產(chǎn)硅礦石制備高純石英砂的加工應(yīng)用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和高科技領(lǐng)域當(dāng)中具有重要的戰(zhàn)略意義。
2氣液包裹體雜質(zhì)的去除
石英中雜質(zhì)的賦存狀態(tài)可分為三大類：與礦同生的云母長(zhǎng)石泥漿苔蘚、氣液包裹體及結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)。其中氣液包裹體是包裹在石英礦內(nèi)部的某些固體礦物或氣兩性金屬離子絡(luò)合物氣液雜質(zhì)，很難徹底根治，是制約高純石英產(chǎn)品制備的關(guān)鍵性因素之一。
石英礦中普遍含有氣液包裹體，伴隨著石英晶體生長(zhǎng)機(jī)制和周?chē)橘|(zhì)濃度發(fā)生變化，微量的固、液、氣三相與石英晶面的生長(zhǎng)作用力相互影響，差異性變化將H2、O2、N2、CO、CO2、H2O、CH4C2H6與金屬離子絡(luò)合包裹在石英晶體中形成多元?dú)庖喊w。氣液包裹體的存在一方面是微量雜質(zhì)是難于完全剔除的關(guān)鍵之一，它在下游加工成石英制品時(shí)能改變石英原料的熔融性與物理性能，尤其是產(chǎn)生氣泡的主要原因。
據(jù)湖南工業(yè)大學(xué)侯清麟教授（以下簡(jiǎn)稱“侯教授”）深度研究發(fā)現(xiàn)：國(guó)內(nèi)用進(jìn)口礦精制的高純石英砂氣液包裹體雜質(zhì)含量在200~350ppm，即使是進(jìn)口高純石英砂的氣液包裹體雜質(zhì)含量仍在100ppm左右。
侯教授通過(guò)查閱資料和請(qǐng)教有關(guān)專家獲悉，到目前為止，氣液包裹體去除的方法主要有：
酸堿差異腐蝕法(行業(yè)通用）
熱或冷爆裂法(行業(yè)通用)
氯化脫氣法（日本）
微波輻射法（侯教授經(jīng)十?dāng)?shù)年研究，成果已鑒定，等待落地）
侯教授團(tuán)隊(duì)在微波輻射法方面做了多年研究，已取得很好的效果，且在有關(guān)企業(yè)產(chǎn)業(yè)化，但因企業(yè)管理原因已清算，目前正在強(qiáng)力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。
3無(wú)氟無(wú)硝法制備高純石英砂
據(jù)侯教授介紹，傳統(tǒng)高純石英砂精制工藝流程中需要經(jīng)過(guò)酸浸，普遍存在HF等強(qiáng)酸污染環(huán)境問(wèn)題。且硝、氟酸殘液無(wú)法消除，特別是HF酸雖然不是劇毒，不會(huì)接觸一下就立馬死亡，但是長(zhǎng)時(shí)間和皮膚接觸，它可慢慢溶解人體骨頭，形成職業(yè)病。據(jù)研究數(shù)據(jù)顯示，只要接觸和氫氟酸較多的，其骨頭經(jīng)檢測(cè)都已經(jīng)成網(wǎng)狀易折。為了工人的生命健康，侯教授團(tuán)隊(duì)研究發(fā)明了一種無(wú)氟無(wú)硝法。
無(wú)氟無(wú)硝法，即石英硅礦在900℃溫度以上煅燒后，水淬漂洗研磨成120-220目的石英砂，高頻電磁微波處理，保溫。在無(wú)氟無(wú)硝條件下，使用H2C2O4(草酸)、CH3COOH(乙酸)、H2SO4，按一定的液固比、溫度、時(shí)間、攪拌速度條件下酸浸后，用去離子反復(fù)沖洗至中性，烘箱中干燥。總雜質(zhì)去除率為75.39%，SiO2純度為99.9962%。
相較于傳統(tǒng)的高純石英砂精制工藝，無(wú)氟無(wú)硝法與其他研究的新技術(shù)具有以下幾個(gè)方面的創(chuàng)新：
① 工藝流程符合新科技技術(shù)要求;
②除雜介質(zhì)創(chuàng)新符合發(fā)展趨勢(shì)；
③ 縮短了工藝流程（減少設(shè)備臺(tái)套數(shù)）；
④減少對(duì)環(huán)境的污染，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)；
⑤降低生產(chǎn)過(guò)程的安全隱患，保障了工作環(huán)境。
侯教授表示，目前，我國(guó)關(guān)于石英砂提純技術(shù)的研究與國(guó)外相比還有一定差距，但關(guān)鍵是的新研究成果應(yīng)用研究方面的差距更大。當(dāng)然，近些年的研究中只注重對(duì)于理論的多，應(yīng)用研究的較少。國(guó)內(nèi)研究的新成果應(yīng)用差距更大。在今后工作中不但要加強(qiáng)應(yīng)用研究的同時(shí)，還將石英晶格轉(zhuǎn)化和其中雜質(zhì)的遷移機(jī)理等進(jìn)行深入研究，此生不息!
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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