中國(guó)粉體網(wǎng)訊  高純石英及其高端產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、光纖、光伏、航天、軍事等行業(yè)中，是信息、新能源等高科技技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基石，是面向未來(lái)的戰(zhàn)略性資源。高品質(zhì)礦物原料和提純技術(shù)是我國(guó)高純石英產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的兩大瓶頸，不同成因石英礦物具有差異性物理化學(xué)特征，對(duì)選礦提純效果具有約束作用。

高純石英砂對(duì)原礦的要求

礦物組成與嵌布特征

要選擇正確的高純石英原料和制定最佳的石英提純方案，則必須明確石英中雜質(zhì)元素的賦存狀態(tài)。

共伴生獨(dú)立脈石礦物（如云母、長(zhǎng)石、赤鐵礦、電氣石、綠泥石和黏土礦物等）是石英中雜質(zhì)元素的主要載體礦物，且在地質(zhì)成礦過(guò)程中佷容易成為石英中的礦物包裹體，是制約最終石英產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。石英與脈石礦物嵌布特征直接影響石英單體解離度，進(jìn)而影響選礦提純效果。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，不易與脈石礦物單體解離，普遍含有大量包裹體的石英很難被加工為高純石英。

流體包裹體

流體包裹體的種類、尺寸和含量對(duì)高純石英質(zhì)量有著顯著影響。石英中流體包裹按內(nèi)含物質(zhì)狀態(tài)可以分為：純氣體、純液體、氣液混合包裹體和三相包裹體。

流體包裹體雜質(zhì)是最豐富、最主要的雜質(zhì)，主要含有H₂O、CO₂、CH₄、烴、N₂和H₂S等，是影響高純石英純度的主要因素之一。相比于雜質(zhì)元素，流體包裹體除去難度更大，是影響最終石英產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性因素之一。關(guān)于如何降低石英中流體包裹體含量的研究雖然已開(kāi)展很久，但在脫除富氣相、微小尺寸流體包裹體方面等方面并未取得良好進(jìn)展。因此，選擇流體包裹體含量極少或無(wú)流體包裹體的石英作為高純石英原料是加工高純石英的關(guān)鍵。

晶格雜質(zhì)

石英晶體在形成過(guò)程中，一些元素會(huì)替代硅元素進(jìn)入石英晶體中，形成了石英的結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)。這些雜質(zhì)含量雖然很低，但從石英中分離難度大，是制約高純石英質(zhì)量最關(guān)鍵性因素。石英中常見(jiàn)的晶格雜質(zhì)元素有Al、Ti、Li、Na、K、Ge、OH等，這些雜質(zhì)元素含量通常超過(guò)1×10^-6，很難利用經(jīng)濟(jì)的選礦手段和化學(xué)提純方法除去。

石英晶格的外來(lái)元素中，Al的研究和分析是最重要的，是判斷高純石英礦物原料品質(zhì)的重要標(biāo)志物，這是因?yàn)槠湎噍^天然石英中其他雜質(zhì)元素，Al含量往往最高，也最容易通過(guò)測(cè)試分析方法分析出來(lái)。當(dāng)石英中存在大量Al雜質(zhì)時(shí)，Li、K、Na等雜質(zhì)元素的含量會(huì)增加。除Al外，Ti也是判斷高純石英礦物原料品質(zhì)的重要標(biāo)志物之一，由于Ti-O鍵非常穩(wěn)定，不易破壞，無(wú)論是晶格間Ti還是包裹體中的含Ti礦物，均很難通過(guò)常規(guī)的選礦手段和化學(xué)提純方式經(jīng)濟(jì)合理除去，因此當(dāng)石英中Ti含量超過(guò)一定程度時(shí)，其也很難加工成高純石英。

高純石英砂的加工工藝

將石英礦加工為高純石英就是盡可能分離出石英原料中各種雜質(zhì)的過(guò)程。石英礦石經(jīng)過(guò)選礦等物理方法初步提純后，可以得到SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.3%~99.9% 的石英，要想獲得更高純度的石英,則需要進(jìn)行化學(xué)提純�；瘜W(xué)提純技術(shù)包括酸浸出法、堿浸出法以及熱處理法。酸浸出法和堿浸出法是使用酸堿浸出來(lái)脫除石英雜質(zhì)，有時(shí)也會(huì)使用超聲輔助浸出以使石英達(dá)到目標(biāo)純度；熱處理法則是利用高溫去除石英中的包裹體雜質(zhì)或類質(zhì)同象類雜質(zhì)。

綜上，高純石英是高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵性原材料，選擇合適石英原料礦床是成功加工出高純石英最為關(guān)鍵的一步，此外，對(duì)石英原料進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，確定天然石英礦物中雜質(zhì)元素賦存狀態(tài)，對(duì)選擇合適的高純石英原料和確定有針對(duì)性的石英除雜提純方案極其關(guān)鍵。

2024年8月9日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2024（第二屆）全國(guó)集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)”將在江蘇鹽城召開(kāi)，資深石英砂提純技術(shù)專家彭立華將做《高純石英砂對(duì)原礦和生產(chǎn)工藝的要求》的報(bào)告，彭立華，2019年北京大學(xué)地質(zhì)學(xué)（材料及環(huán)境礦物學(xué)）博士畢業(yè)，現(xiàn)任浙江潤(rùn)優(yōu)新材料科技有限公司研發(fā)總監(jiān)，深耕高純石英砂及其制品產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究十年，屆時(shí)，他將詳細(xì)分析石英礦物中的包裹體雜質(zhì)、礦物雜質(zhì)、晶格雜質(zhì)等因素和提純技術(shù)對(duì)高純石英砂生產(chǎn)的影響。

參考來(lái)源：

武志超等.高純石英應(yīng)用及化學(xué)提純技術(shù)研究進(jìn)展

馬超等.高純石英原料礦物學(xué)特征與加工技術(shù)進(jìn)展

唐春花等.高純石英用硅質(zhì)原料地質(zhì)勘查中的基本概念和關(guān)鍵技術(shù)

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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