中國粉體網(wǎng)訊 高純石英具有耐高溫、耐腐蝕、強度高、透光率高、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)異的物理化學(xué)特性，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光纖通信、光伏、光學(xué)、電光源等領(lǐng)域，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要支撐且不可替代的材料。
高純石英制備主要有物理化學(xué)加工提純和化學(xué)合成等2種技術(shù)，由于目前中國可用作高純石英原料的天然水晶日漸枯竭，已有的脈石英原料礦以中小型為主、加工提純難度大，因此中國高純石英原料礦高度依賴進口。
近年來，不少企業(yè)開始將目光放在化學(xué)合成法制備高純石英上，開始布局高純合成石英砂領(lǐng)域。
高純合成石英的制備技術(shù)
氣相合成法
氣相合成法即火焰水解法，與氣相白炭黑工藝類似，其原理是采用硅或有機硅的氯化物（如SiCl4或CH3SiCl3等)原料，將其氣化后與氫氣、氧氣混合，在高溫下發(fā)生水解形成霧狀的SiO2，最后通過冷卻、分離、脫酸等氣固分離得到產(chǎn)品。 該法得到的產(chǎn)品為氣相SiO2，粒徑小于100nm，外觀蓬松多孔，比表面積大，化學(xué)純度高，分散性較好。
氣相合成法制備SiO2流程圖
氣相合成法生產(chǎn)流程簡單，合成條件易控制，反應(yīng)速度快，適合大規(guī)模生產(chǎn)；由于過程中需要高溫環(huán)境，反應(yīng)生成的HCl會嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，因此對生產(chǎn)設(shè)備的材質(zhì)、加熱形式等要求比較嚴(yán)格。由于氣相法耗能大，加工成本較高，還需在反應(yīng)條件與設(shè)備選型等方面進一步地探討和研究。
化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法是合成石英粉體較為廣泛的方法之一。沉淀法生產(chǎn)SiO2的原理：采用硅酸鈉與二氧化碳或酸溶液（加鹽酸、硫酸或硝酸）作為原料，在一定的合成溫度和表面活性劑的作用下混合反應(yīng)，得到偏硅酸沉淀，再經(jīng)過濾、洗滌、干燥、煅燒工序制備出SiO2。
沉淀法制備SiO2流程圖
沉淀法制備合成石英具有操作方便，生產(chǎn)流程簡單，原料易得，能耗低等優(yōu)點；但是Fe3+、Al3+、Ca2+等雜質(zhì)的存在會促成凝塊的形成，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，導(dǎo)致產(chǎn)品性能差、純度低、粒徑大，易發(fā)生團聚；也存在著反應(yīng)體系的濃度較低、沉淀速度快、沉淀過程不易控制的缺點；另外，廢酸、廢水的處理給環(huán)境帶來一定的破壞。
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是以無機鹽或者金屬醇鹽（一般為硅酸乙酯）為原料，以醇作為共溶劑，加入酸或堿溶液作為催化劑，進行水解，縮聚反應(yīng)形成SiO2凝膠，過濾并對凝膠中的有機溶劑進行洗滌，干燥、煅燒得到SiO2粉體。
采用溶膠-凝膠法制備SiO2，生產(chǎn)流程簡單，合成條件易控制，對設(shè)備材料的要求不嚴(yán)格，且過程中無其他添加劑，所以制備出的SiO2純度較高、均勻度好、比表面積大。但是，成本較高，生產(chǎn)周期長，工業(yè)化價值不大；另外，因為實驗過程中可變因素較多，不能達到準(zhǔn)確控制（如水解體系、干燥方式及燒結(jié)途徑等），目前只停留在實驗室小試階段。
四氯化硅液相水解法
四氯化硅液相水解法的原理是SiCl4與純水接觸發(fā)生水解或縮聚反應(yīng)，之后將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過濾、干燥、煅燒、篩選等流程，制備SiO2粉體。采用SiCl4液相水解法制備高純石英粉，由于原料中不含碳，故制備得到的SiO2粉體純度較高、羥基含量較低。但是，在規(guī)�；a(chǎn)過程中，四氯化硅與水發(fā)生的水解和縮聚反應(yīng)劇烈，中間過程難以管控，粉體易團聚，形成的石英粉致密度較低。因此，為了滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，該法仍需更深入地探究其工藝控制（如水解控制、干燥及燒結(jié)過程等），有效減少顆粒團聚現(xiàn)象的發(fā)生。
高純合成石英砂布局企業(yè)
江瀚新材
2023年2月7日，江瀚新材表示，在超高純6N級合成石英砂技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域另辟蹊徑，依托現(xiàn)有硅烷產(chǎn)品為原料合成超高純6N級石英砂，金屬離子總量＜0.1ppm，羥基含量＜60ppm，技術(shù)指標(biāo)能夠滿足高端石英應(yīng)用領(lǐng)域的需要，并可通過產(chǎn)業(yè)協(xié)同有效保障原料供應(yīng)、控制成本。公司的6N級超高純石英砂是一種通過合成工藝制備的高純度石英砂，可用于生產(chǎn)包括石英坩堝在內(nèi)的各種石英制品。
5月，江瀚新材表示，合成石英砂研發(fā)方面，中試工作正在順利開展，公司已經(jīng)在中試線上成功試制6N級石英砂，并根據(jù)檢測結(jié)果，不斷對生產(chǎn)工藝進行調(diào)整優(yōu)化，以改善試制品品質(zhì)和工藝性能，降低成本。
凱盛科技
2023年3月31日，凱盛科技表示，公司合成石英砂的主要工藝路線是從工業(yè)硅制備有機硅烷，再以溶膠-凝膠法，制備納米級石英粉和微米級石英砂，產(chǎn)品純度高，并通過相關(guān)元素?fù)诫s，滿足不同功能要求。項目前工段采用工業(yè)硅為主要原材料，制備有機硅烷，既能確保產(chǎn)品一致性，也能使產(chǎn)品具有更好的成本優(yōu)勢。公司開發(fā)的合成石英砂產(chǎn)品純度可達6N-7N，目前正在建設(shè)5000噸生產(chǎn)線，主要目標(biāo)市場是芯片的拋光材料、光伏用坩堝材料、半導(dǎo)體用封裝材料和制作材料等。
9月28日，凱盛科技表示，合成石英項目正按計劃進行建設(shè)，預(yù)計今年年底左右設(shè)備安裝完成，目前電子級硅溶膠、納米球硅等樣品已經(jīng)通過客戶相關(guān)測試，高純砂等樣品也給下游客戶進行小樣驗證。公司合成石英砂項目建成后，用于半導(dǎo)體級別的產(chǎn)品主要對標(biāo)國外，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同，目前市場價格在30萬元/噸以上。
仕凈科技
2023年5月4日，安徽仕凈光能科技有限公司與無錫惟忻元電力有限公司簽署了《戰(zhàn)略合作協(xié)議》，雙方共同合作并專注于高純度石英砂的技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)品研發(fā)。根據(jù)協(xié)議，雙方建立合作機制，擬成立一家項目公司專注于研究開發(fā)及生產(chǎn)6N級別高純度石英砂。其產(chǎn)品應(yīng)用范圍包括但不限于芯片的拋光材料、光伏坩堝材料、半導(dǎo)體用封裝材料和醫(yī)藥制作材料等。
10月，仕凈科技在互動平臺表示，與無錫惟忻元電力合作的6N石英砂項目目前正按計劃順利推進。
參考來源：
李愛民等.高純合成石英的制備技術(shù)和應(yīng)用
李金超等.中國高純石英產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀及發(fā)展建議
中國粉體網(wǎng).高純石英砂價格暴漲，合成砂能否成為有力替代？
集微網(wǎng)、金融界
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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