中國(guó)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(guò)精選和加工提純而成,。高純石英獨(dú)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(xué)特性優(yōu)異,、耐高溫、耐腐蝕等獨(dú)特的物理化學(xué)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(yáng)能產(chǎn)業(yè),、高效節(jié)能產(chǎn)業(yè)等諸多尖端領(lǐng)域的關(guān)鍵性基礎(chǔ)原料之一，戰(zhàn)略地位日益凸顯,。

圖源：石英股份

但是長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)高純石英高端產(chǎn)品被美國(guó),、德國(guó)等壟斷，致使高純石英制品產(chǎn)業(yè)鏈上下游多個(gè)環(huán)節(jié)存在國(guó)產(chǎn)化率較低,、對(duì)外依存度仍居高不下的問(wèn)題,。加快推進(jìn)我國(guó)高純石英砂制備關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展迫在眉睫。

難點(diǎn)分析

1,、地質(zhì)條件

石英砂的產(chǎn)地地質(zhì)條件對(duì)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(chǔ)量不足,、礦石品質(zhì)不穩(wěn)定等都會(huì)影響石英砂的提純。因此,，需要對(duì)石英砂的產(chǎn)地進(jìn)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(shí)，需要對(duì)礦石進(jìn)行合理的儲(chǔ)存和使用,，以保證提純過(guò)程的順利進(jìn)行,。

圖源：矽比科官網(wǎng)

2、原礦特性

石英砂的原礦性質(zhì)對(duì)其提純至關(guān)重要,。從原礦方面來(lái)看,，雖然我國(guó)石英資源豐富，但是大多只能作為大宗硅質(zhì)原料來(lái)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(guò)高或者雜質(zhì)分布不均勻，就會(huì)增加提純的難度,。因此,，需要對(duì)原礦進(jìn)行充分的勘探和檢測(cè)，以了解其雜質(zhì)的種類和含量等關(guān)鍵信息,。同時(shí),，需要根據(jù)原礦的性質(zhì)制定相應(yīng)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(zhǎng)機(jī)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(zhǎng)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(guò)物理方法進(jìn)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(dǎo)致所得高純石英的性能受到嚴(yán)重影響，如熱學(xué)性能、光學(xué)性能,、電學(xué)性能等,。

4、提純工藝

提純工藝的選擇和實(shí)施是提純過(guò)程的關(guān)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(shù),，如破碎、篩分,、磨粉,、磁選、酸浸和脫水等工藝,。同時(shí),，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(jìn)提純工藝,，以提高效率、優(yōu)化效果和穩(wěn)定性,。

5,、技術(shù)水平

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

6,、設(shè)備性能

提純?cè)O(shè)備是實(shí)現(xiàn)高純度石英砂提純的核心,，設(shè)備的性能包括精密度、可靠性,、穩(wěn)定性等都會(huì)對(duì)提純效果產(chǎn)生影響,。在石英砂的提純過(guò)程中，需要選擇性能良好的設(shè)備,，并進(jìn)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(shè)備的投資和維護(hù)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(jìn)行設(shè)備的維護(hù)和更新,，以保證提純過(guò)程的順利進(jìn)行。

氯化焙燒裝置

研究進(jìn)展

目前高純石英砂的提純方法主要分為物理法和化學(xué)法,。物理法提純無(wú)法去除元素雜質(zhì),，需要進(jìn)行化學(xué)法深度提純�,；瘜W(xué)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(yīng)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(duì)石英砂進(jìn)行提純。

（1）有氟浸出

大量試驗(yàn)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(yīng)，有效地去除雜質(zhì),。研究表明,，HCl-H₂C₂O₄－HF混合酸對(duì)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(wú)氟浸出

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視,，高純石英混合酸浸中的無(wú)氟無(wú)硝工藝在今后工業(yè)實(shí)踐中尤為重要。現(xiàn)階段,，工業(yè)上還使用以HF為主的酸浸工藝,，無(wú)氟無(wú)硝工藝還僅在實(shí)驗(yàn)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(shí)施奠定了基礎(chǔ),。

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(shí)爆裂。大多數(shù)試驗(yàn)研究結(jié)果是利用石英第二個(gè)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(duì)不同高純石英原料焙燒溫度及焙燒工藝順序的科學(xué)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(diǎn)的氯化物,，進(jìn)而將雜質(zhì)組分分離的過(guò)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(duì)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(diǎn)與原礦特性、提純工藝,、設(shè)備性能,、地質(zhì)條件和技術(shù)水平等方面緊密相關(guān)。當(dāng)前研究水平尚未解決市場(chǎng)對(duì)高純石英砂的需求量,，想要破開枷鎖，需要對(duì)高純石英砂提純難點(diǎn)進(jìn)行深入研究和優(yōu)化,。與此同時(shí),，需要深入研究的同時(shí)適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)環(huán)保綠色生產(chǎn)的要求以及加強(qiáng)人才培養(yǎng)和技術(shù)交流，提高石英砂行業(yè)的整體水平,。

參考來(lái)源：

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

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

[3]吳逍,；高純石英原料選擇評(píng)價(jià)及提純工藝研究

[4]潘俊良,；氯化焙燒法制備4N8標(biāo)準(zhǔn)級(jí)高純石英試驗(yàn)研究，成都理工大學(xué)

[5]首泰設(shè)備官網(wǎng),；石英股份官網(wǎng)

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/九思）

注：圖片非商業(yè)用途,，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！