中國(guó)粉體網(wǎng)訊  高純石英具有耐高溫,、耐腐蝕,、強(qiáng)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(guó)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(guó)高純石英原料礦高度依賴進(jìn)口。

近年來(lái),，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(jī)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(jiǎn)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(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備,，因此對(duì)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(jìn)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(jiǎn)單,，原料易得,，能耗低等優(yōu)點(diǎn)；但是Fe³⁺,、Al³⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)的存在會(huì)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(tuán)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(diǎn),；另外,，廢酸,、廢水的處理給環(huán)境帶來(lái)一定的破壞。

溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是以無(wú)機(jī)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(jìn)行水解，縮聚反應(yīng)形成SiO₂凝膠,，過濾并對(duì)凝膠中的有機(jī)溶劑進(jìn)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(jiǎn)單，合成條件易控制,，對(duì)設(shè)備材料的要求不嚴(yán)格，且過程中無(wú)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(zhǎng)，工業(yè)化價(jià)值不大,；另外，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過程中可變因素較多,，不能達(dá)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(shí)驗(yàn)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)�,；�生產(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(tuán)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(tuán)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)石英砂，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,，不斷對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)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(jī)硅烷,，再以溶膠-凝膠法，制備納米級(jí)石英粉和微米級(jí)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(xiàng)目前工段采用工業(yè)硅為主要原材料,，制備有機(jī)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(shì)。公司開發(fā)的合成石英砂產(chǎn)品純度可達(dá)6N-7N,，目前正在建設(shè)5000噸生產(chǎn)線，主要目標(biāo)市場(chǎng)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(xiàng)目正按計(jì)劃進(jìn)行建設(shè)，預(yù)計(jì)今年年底左右設(shè)備安裝完成,，目前電子級(jí)硅溶膠,、納米球硅等樣品已經(jīng)通過客戶相關(guān)測(cè)試,，高純砂等樣品也給下游客戶進(jìn)行小樣驗(yàn)證。公司合成石英砂項(xiàng)目建成后,，用于半導(dǎo)體級(jí)別的產(chǎn)品主要對(duì)標(biāo)國(guó)外，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同,，目前市場(chǎng)價(jià)格在30萬(wàn)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(wú)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(jī)制,，擬成立一家項(xiàng)目公司專注于研究開發(fā)及生產(chǎn)6N級(jí)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(dòng)平臺(tái)表示,，與無(wú)錫惟忻元電力合作的6N石英砂項(xiàng)目目前正按計(jì)劃順利推進(jìn),。

參考來(lái)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(guó)高純石英產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀及發(fā)展建議

中國(guó)粉體網(wǎng).高純石英砂價(jià)格暴漲,，合成砂能否成為有力替代,？

集微網(wǎng)、金融界

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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