中國粉體網(wǎng)訊  高純石英砂一般是指二氧化硅含量高于99.9%的石英砂，是由天然水晶、石英砂巖、脈石英、花崗巖石英等經(jīng)過精選和加工提純而成。高純石英獨特的分子結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格特征，使其具有熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、光學特性優(yōu)異、耐高溫、耐腐蝕等獨特的物理化學特性。

隨著戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高純石英成為電子信息產(chǎn)業(yè)、智能制造裝備產(chǎn)業(yè)、太陽能產(chǎn)業(yè)、高效節(jié)能產(chǎn)業(yè)等諸多尖端領域的關鍵性基礎原料之一，戰(zhàn)略地位日益凸顯。

圖源：石英股份

但是長期以來我國高純石英高端產(chǎn)品被美國、德國等壟斷，致使高純石英制品產(chǎn)業(yè)鏈上下游多個環(huán)節(jié)存在國產(chǎn)化率較低、對外依存度仍居高不下的問題。加快推進我國高純石英砂制備關鍵技術的發(fā)展迫在眉睫。

難點分析

1、地質(zhì)條件

石英砂的產(chǎn)地地質(zhì)條件對其品質(zhì)有著重要影響。例如，產(chǎn)地地質(zhì)勘探程度不足、礦石儲量不足、礦石品質(zhì)不穩(wěn)定等都會影響石英砂的提純。因此，需要對石英砂的產(chǎn)地進行深入的勘探和調(diào)查，以了解其地質(zhì)條件和礦石品質(zhì)等信息。同時，需要對礦石進行合理的儲存和使用，以保證提純過程的順利進行。

圖源：矽比科官網(wǎng)

2、原礦特性

石英砂的原礦性質(zhì)對其提純至關重要。從原礦方面來看，雖然我國石英資源豐富，但是大多只能作為大宗硅質(zhì)原料來使用，用于生產(chǎn)高純石英的原料匱乏。如果原礦中雜質(zhì)的含量過高或者雜質(zhì)分布不均勻，就會增加提純的難度。因此，需要對原礦進行充分的勘探和檢測，以了解其雜質(zhì)的種類和含量等關鍵信息。同時，需要根據(jù)原礦的性質(zhì)制定相應的提純工藝和方案，以確保提純效果。

圖源：TQC官網(wǎng)

3、雜質(zhì)存在的形式

石英中雜質(zhì)的賦存狀態(tài)主要包括氣液包裹體類雜質(zhì)和類質(zhì)同象類雜質(zhì)。

（1）氣液包裹體類雜質(zhì)

石英礦中普遍含有氣液包裹體，伴隨著石英晶體生長機制和周圍介質(zhì)濃度發(fā)生變化，微量的固、液、氣三相與石英晶面的生長作用力相互影響，差異性變化將H₂、O₂、N₂、CO、CO₂等捕獲包裹在石英晶體中形成包裹體。

（2）類質(zhì)同象類雜質(zhì)

類質(zhì)同象雜質(zhì)離子主要包括Al³⁺、Ti⁴⁺等，這些離子與石英晶格中的Si⁴⁺、Al³⁺的離子半徑相近，難以通過物理方法進行分離。且可能存在于石英晶格的間隙或替代原有的Si⁴⁺、Al³⁺等位置，導致所得高純石英的性能受到嚴重影響，如熱學性能、光學性能、電學性能等。

4、提純工藝

提純工藝的選擇和實施是提純過程的關鍵。需要根據(jù)雜質(zhì)的具體性質(zhì)和存在形式選擇合適的工藝流程和技術，如破碎、篩分、磨粉、磁選、酸浸和脫水等工藝。同時，提純工藝的效率、效果和穩(wěn)定性也是限制提純的因素之一。需要不斷研究和改進提純工藝，以提高效率、優(yōu)化效果和穩(wěn)定性。

5、技術水平

石英砂的提純技術水平也是限制因素之一。技術包括對提純工藝的研究、設備的研發(fā)和改進、檢測和質(zhì)量控制等方面的技術水平，直接影響著石英砂的提純效果。需要不斷提高技術水平，加強研發(fā)和創(chuàng)新能力，以推動高純度石英砂提純技術的發(fā)展。同時，需要建立完善的質(zhì)量控制體系，對石英砂進行精確的檢測和分析，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

6、設備性能

提純設備是實現(xiàn)高純度石英砂提純的核心，設備的性能包括精密度、可靠性、穩(wěn)定性等都會對提純效果產(chǎn)生影響。在石英砂的提純過程中，需要選擇性能良好的設備，并進行精確的調(diào)試和控制，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。此外，設備的投資和維護成本也是限制高純度石英砂提純的因素之一。需要投入足夠的資金和人力資源進行設備的維護和更新，以保證提純過程的順利進行。

氯化焙燒裝置

研究進展

目前高純石英砂的提純方法主要分為物理法和化學法。物理法提純無法去除元素雜質(zhì)，需要進行化學法深度提純�；瘜W深度提純主要包括酸（堿、鹽）處理法和熱處理法，酸（堿、鹽）處理主要去除以包裹體形式存在石英砂顆粒表面或鑲嵌于顆粒中的雜質(zhì)。

1.酸處理法

在經(jīng)歷初步物理提純后，大部分雜質(zhì)礦物已被去除，但還有少量雜質(zhì)礦物處在晶界、微裂隙及晶體內(nèi)，酸（堿、鹽）處理法主要是為了去除這部分雜質(zhì)。其中酸浸法應用最為廣泛，常采用氫氟酸、硫酸、鹽酸和硝酸這幾種酸的混合溶液對石英砂進行提純。

（1）有氟浸出

大量試驗表明，高純石英除雜采用單一酸浸效果不佳，而采用混合酸浸則可利用不同酸產(chǎn)生的協(xié)同效應，有效地去除雜質(zhì)。研究表明，HCl-H₂C₂O₄－HF混合酸對Fe的去除效果較H₂SO₄-H₂C₂O₄-HF混合酸的效果好，且能有效避免硫?qū)κ�英精礦的污染。

（2）無氟浸出

隨著國家對環(huán)境保護的日益重視，高純石英混合酸浸中的無氟無硝工藝在今后工業(yè)實踐中尤為重要�，F(xiàn)階段，工業(yè)上還使用以HF為主的酸浸工藝，無氟無硝工藝還僅在實驗室研究階段，但已經(jīng)取得了一定的成效，為今后環(huán)境友好型生產(chǎn)工藝的實施奠定了基礎。

2.熱處理法

（1）高溫爆裂法

直接高溫爆裂法是利用高溫焙燒、微波加熱等使石英晶體表面創(chuàng)造晶體缺陷和高能區(qū)，并使氣液包裹體氣化膨脹，再利用水淬使膨脹的氣液包裹體瞬時爆裂。大多數(shù)試驗研究結(jié)果是利用石英第二個晶型轉(zhuǎn)變溫度，將焙燒溫度定為900℃，但忽略了不同高純石英原料的差異性，缺乏針對不同高純石英原料焙燒溫度及焙燒工藝順序的科學界定。

（2）氯化焙燒法

氯化焙燒是去除石英晶格雜質(zhì)、堿金屬等間隙原子類雜質(zhì)最主要的方法，氯化焙燒是在一定溫度和氛圍條件下，將雜質(zhì)組分離子轉(zhuǎn)化為低沸點的氯化物，進而將雜質(zhì)組分分離的過程。常用的氯化劑有氯氣、氯化氫、氯化銨、氯化鈉和氯化鈣等，氯化焙燒按產(chǎn)物形態(tài)可分為高溫焙燒（氯化揮發(fā)法）、中溫焙燒（氯化焙燒—浸出法）、氯化—離析。但不同的氯化劑和焙燒溫度與晶格雜質(zhì)作用的方式和效果存在較大差異。氯化焙燒對Fe、Li有一定的去除作用，其他雜質(zhì)Al、Ti、Ca、Mg未見明顯的去除效果。

氯化焙燒后石英顆粒表面形貌

總結(jié)

綜上所述，高純度石英砂提純的難點與原礦特性、提純工藝、設備性能、地質(zhì)條件和技術水平等方面緊密相關。當前研究水平尚未解決市場對高純石英砂的需求量，想要破開枷鎖，需要對高純石英砂提純難點進行深入研究和優(yōu)化。與此同時，需要深入研究的同時適應當今社會環(huán)保綠色生產(chǎn)的要求以及加強人才培養(yǎng)和技術交流，提高石英砂行業(yè)的整體水平。

參考來源：

[1]張海啟，馬亞夢，譚秀民，武志超；高純石英中雜質(zhì)特征及深度化學提純技術研究進展

[2]胡澤晨，余剛，季勇升，楊德仁，余學功；石英砂的提純技術現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

[3]吳逍；高純石英原料選擇評價及提純工藝研究

[4]潘俊良；氯化焙燒法制備4N8標準級高純石英試驗研究，成都理工大學

[5]首泰設備官網(wǎng)；石英股份官網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思）

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