中國(guó)粉體網(wǎng)訊  石英砂是一種半透明的硅酸鹽礦物，其主要成分是 SiO₂，當(dāng) SiO₂ 含量高于 99.99% 時(shí)稱其為高純石英砂。高純石英材料具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、雜質(zhì)含量低、透光性好、光譜透過寬、抗熱沖擊、耐高溫、耐輻照、紫外線全穿透、抗析晶能力強(qiáng)、硬度大、熱膨脹系數(shù)小、電絕緣性好、耐幾乎所有酸的腐蝕(HF 除外)等優(yōu)異的物理化學(xué)性能。

高純石英砂廣泛用于電光源、光纖通信、太陽能電池、半導(dǎo)體集成電路、精密光學(xué)儀器、醫(yī)用器皿、航天航空等高科技行業(yè)，對(duì)一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展具有重要作用。

《光伏用高純石英砂》 GB/T32649-2016

高端石英產(chǎn)品對(duì)于石英砂的品質(zhì)有很高要求，普通的石英砂不能達(dá)到其生產(chǎn)要求。但是關(guān)于高純石英砂的制備工藝一直由美歐等國(guó)控制，并且嚴(yán)格保密。雖然我國(guó)的石英礦儲(chǔ)量非常豐富，但是其品質(zhì)較差，難以滿足行業(yè)發(fā)展的需要。因此，使高純石英砂國(guó)產(chǎn)化，對(duì)我國(guó)發(fā)展高端石英行業(yè)十分重要。

高純石英砂以石英石原石為原料，經(jīng)焙燒、水淬、烤砂、粗碎、細(xì)碎、一次篩分、一次磁選、酸化、脫酸、一次清洗、浮選、二次清洗及脫水、烘干、高溫氯化、冷卻、二次篩分、二次磁選等工藝制得。其中，高溫氯化可將石英砂中的Fe、Al等雜質(zhì)的含量進(jìn)一步降低，從而使石英砂的純度更高。

將經(jīng)過前期處理烘干后的石英砂送至高溫氯化爐進(jìn)行氯化，高溫氯化爐內(nèi)部為石英管，長(zhǎng)度約為6.5m，石英砂在石英管中從前端進(jìn)入，從后端輸出后高溫氯化工藝即完成。

高純石英砂生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污及流程圖

在傳統(tǒng)提純工藝中，主要用氯化焙燒工藝去除石英砂晶格內(nèi)的雜質(zhì)元素。氯化焙燒又稱為高溫氯化，不同的氯化劑與晶格雜質(zhì)的作用方式和效果存在較大差異。氯化工序通常使用HCl、Cl₂或是HCl和Cl₂混合氣體作為氯化劑，由于HCl、Cl₂氣體屬于危險(xiǎn)化合物，其儲(chǔ)存均需由鋼瓶?jī)?chǔ)存，HCl、Cl₂或是HCl和Cl₂由氯化爐后端沖入氯化爐。

石英晶格中微量元素的結(jié)構(gòu)圖

反應(yīng)完成后未完全反應(yīng)的氯化氫氣體從氯化爐前端排出后進(jìn)入酸霧吸收塔(堿吸收)處理。研究表明氯化溫度為1000℃，用量約為300g，石英砂在氯化爐中的停留時(shí)間約為2h時(shí)，所得石英砂參數(shù)最符合高純石英砂質(zhì)量要求。

氯化焙燒裝置

通過氯化工序進(jìn)一步去除石英中夾雜的堿土金屬及其氧化物雜質(zhì)。氯化利用了石英礦物的表面與內(nèi)部的化學(xué)位的梯度，促使著石英礦物的內(nèi)部的包裹體的擴(kuò)散。石英顆粒表層的堿金屬、堿土金屬和殘余的包裹體等雜質(zhì)在高溫下與氯化氫氣體產(chǎn)生反應(yīng)生成氣態(tài)氯化物，高溫氣流將這些雜質(zhì)元素的氯化物帶走，從而達(dá)到深度提純的目的。反應(yīng)原理如下:

Fe₂O₃+6HCI=2FeCl₃+3H₂O

Al2O₃+6HCI=2AlCl+3H₂O

結(jié)語

采用高溫氯化工藝進(jìn)行石英砂提純?cè)囼?yàn)，可以有效去除石英砂中的雜質(zhì)，工藝簡(jiǎn)單易行，具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景。高溫氯化工藝可降低Fe、Al雜質(zhì)的含量，但對(duì)雜質(zhì)元素Al去除效果較低，氯化工序仍待改進(jìn)。

參考來源：

[1]高純石英制備技術(shù)評(píng)述；岳麗琴

[2]高純石英砂制備技術(shù)研究現(xiàn)狀；侯清麟 ，梁曉亮，周方革，肖嘉凱

[3]石英砂高溫氯化提純研究；任俊峰，劉志龍，吳學(xué)民，婁陳林，張國(guó)君，張寒，歐陽葆華

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/九思）

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