中國(guó)粉體網(wǎng)訊  隨著高精尖產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高純石英的需求量快速增長(zhǎng)，并且對(duì)其質(zhì)量要求也愈來(lái)愈高。生產(chǎn)高純石英砂的方法主要有兩大類(lèi)：一是物理法，也叫機(jī)械粉碎法；二是化學(xué)合成法。目前高純石英砂主要通過(guò)天然石英礦石提純得到，產(chǎn)能與高品質(zhì)礦源密切相關(guān)，高純石英砂產(chǎn)業(yè)主要被擁有高品質(zhì)高純石英原料礦的海外企業(yè)壟斷。

隨著全球范圍內(nèi)天然水晶和高品質(zhì)石英礦脈的逐漸枯竭，化學(xué)合成石英砂的工藝逐漸得到研究和重視。

合成石英砂的制備方法

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(lèi)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(guò)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(guān)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(guò)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(guò)濾、洗滌、干燥、煅燒工序制備出SiO₂。

沉淀法制備SiO₂流程圖

該生產(chǎn)工藝具有操作方便，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(guò)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。

溶解-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(guò)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。

采用該方法制備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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(mǎn)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(guò)程等），有效減少顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。

合成石英砂的應(yīng)用

合成石英砂的生產(chǎn)不依賴(lài)于天然石英礦產(chǎn)，可通過(guò)化工工藝制備。又因?yàn)槠浼兌雀�高、光學(xué)性能更良等特性，除了在光伏、高端光學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用以外，也符合半導(dǎo)體制程對(duì)石英制品高純、無(wú)污染、耐高溫的要求，尤其是隨著半導(dǎo)體芯片線(xiàn)寬越來(lái)越窄，普通的天然石英材料已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足高端生產(chǎn)工藝的要求。

半導(dǎo)體與光伏用石英制品類(lèi)型基本一致，但與光伏相比，半導(dǎo)體用石英制品在純度、表面顆粒物、尺寸精度等方面要求更為苛刻，最高級(jí)別純度要求近6N，且需通過(guò)半導(dǎo)體設(shè)備廠(chǎng)商的認(rèn)證，合成石英砂可滿(mǎn)足此純度要求。

2025年3月27日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2025第三屆集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)”將在江蘇東海召開(kāi)，來(lái)自湖北菲利華石英玻璃股份有限公司的產(chǎn)品業(yè)務(wù)經(jīng)理朱夢(mèng)瑤，將做題為《合成石英砂的制備工藝及應(yīng)用介紹》的報(bào)告，屆時(shí)，她將結(jié)合菲利華產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹合成石英的生產(chǎn)與制備。

參考來(lái)源：

張鵬遠(yuǎn).合成石英砂工藝概況及幾種石英砂的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

李?lèi)?ài)民.高純合成石英的制備技術(shù)和應(yīng)用

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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