中國(guó)粉體網(wǎng)訊  高純石英砂憑借優(yōu)異性能在半導(dǎo)體、光伏、光纖通信、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)此，我們邀請(qǐng)到來(lái)自湖南工業(yè)大學(xué)的侯清麟教授做客“對(duì)話(huà)”欄目，圍繞高純石英砂的制備難點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)等進(jìn)行探討交流。

湖南工業(yè)大學(xué)侯清麟教授

國(guó)產(chǎn)石英硅礦生產(chǎn)高純石英砂為什么難？

高純石英砂是一種國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。目前業(yè)內(nèi)對(duì)于高純石英砂的界定存在分歧，沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。侯教授認(rèn)為制備高檔石英玻璃材料的原料，SiO₂純度應(yīng)該不低于99.995%，金屬雜質(zhì)總量<50mg/kg，氣液包裹體稀少。

我國(guó)自有高檔石英玻璃材料以來(lái)，一直采用純天然水晶精制的水晶砂原料制備。至上世紀(jì)七八十年代水晶資源逐漸枯竭，人們不得不用石英硅礦精制出高純石英砂替代水晶砂。然而石英硅礦中鋁、鐵、鈣、鈦等金屬和云母長(zhǎng)石及氣液包裹體雜質(zhì)含量高，外觀渾濁，呈乳白色，精制出來(lái)的高純石英材料與工業(yè)水晶砂產(chǎn)品相比差距較大，嚴(yán)重制約高檔石英玻璃材料用途和下游行業(yè)的發(fā)展。

據(jù)侯教授介紹，經(jīng)全分析，石英砂中的雜質(zhì)離子超過(guò)50多種，其中影響高檔石英玻璃的雜質(zhì)元素主要有鋁（Al）、鈉（Na）、鎂（Mg）、鈣（Ca）等13種。而目前國(guó)產(chǎn)石英硅礦之所以難以制備出高純石英砂，主要在于鋁、鈣，以及少量的鈦。

對(duì)于Al雜質(zhì)元素，一方面，它以晶格雜質(zhì)形式存在，去除難度極大。另一方面，Al雜質(zhì)有一定的要求，含量不能高但也不能沒(méi)有。如若生產(chǎn)坩堝一般要求在20-25mg/kg。此外，國(guó)內(nèi)石英硅礦中鈣、鎂雜質(zhì)含量高，難以剔除。這些都是國(guó)內(nèi)石英硅礦難以制備高純石英砂的原因所在。

高純石英砂精制工藝如何創(chuàng)新？

國(guó)內(nèi)現(xiàn)工藝制備的高純石英砂，不僅金屬、尤其是氣液包裹體雜質(zhì)比號(hào)稱(chēng)“世界第一”的矽比科（原尤尼明）公司的高，而且所用的除雜介質(zhì)HF、“王水”中的HNO₃等殘液極難處理污染環(huán)境。

對(duì)于高純石英砂的制備，侯教授認(rèn)為可以從工藝流程理念、工藝流程、剔雜介質(zhì)三個(gè)方面加強(qiáng)創(chuàng)新研究。

工藝創(chuàng)新思想研究

針對(duì)傳統(tǒng)高純石英砂精制工藝中的流程長(zhǎng)和除雜介質(zhì)殘液污染環(huán)境等問(wèn)題，侯教授認(rèn)為在符合產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)要求前題下，可以從縮短簡(jiǎn)化工藝流程、減少設(shè)備臺(tái)套數(shù)、工藝剔雜介質(zhì)創(chuàng)新等方面作出改變，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，降低消耗，改善生產(chǎn)條件，保護(hù)人文生態(tài)環(huán)境的目的。

工藝流程創(chuàng)新研究

目前石英砂除雜的方法主要分為物理方法、化學(xué)方法。物理方法有磁選、反向浮選及煅燒水淬處理�；瘜W(xué)方法包括無(wú)機(jī)酸浸及有機(jī)酸浸。常用的無(wú)機(jī)酸通常是HF、HNO₃、HCl和H₂SO₄。目前通常通過(guò)物理方法與化學(xué)方法相結(jié)合能實(shí)現(xiàn)更好的除雜效果。

傳統(tǒng)精制工藝

創(chuàng)新精制工藝

除了除雜方法創(chuàng)新、流程縮短，工藝流程創(chuàng)新的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是剔雜介質(zhì)的創(chuàng)新。侯教授在國(guó)產(chǎn)石英硅礦無(wú)氟無(wú)硝制備高純石英砂工藝方面也是做了大量研究。以安哥拉礦石為參照，優(yōu)選出與之相似組分的國(guó)產(chǎn)硅礦石，通過(guò)高溫水淬、研磨、在對(duì)H₂O、CH₄、C₂H₆與Na+、K⁺、Cu²⁺水合物進(jìn)行原位比較監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，采用高頻電磁波作用后，改草酸（C₂H₂O₄）、乙酸（CH₃COOH）、H₂SO4浸泡精制剔除Al、Fe、Ti等金屬雜質(zhì)后過(guò)篩、干燥后制備超純石英砂。

高純石英砂國(guó)產(chǎn)化，未來(lái)可期

從2008年先從多晶硅副產(chǎn)的四氯化硅殘液提取食品級(jí)沉淀白炭黑開(kāi)始，然后進(jìn)行石英硅礦的優(yōu)選，到開(kāi)展國(guó)產(chǎn)石英硅礦精制高純石英砂工程研究，經(jīng)過(guò)多年研究探索，解決了高純石英砂中的氣液包裹體問(wèn)題后，隨著研究的深入，又進(jìn)行石英硅礦精制高純石英砂的除雜介質(zhì)如無(wú)氟無(wú)硝法研究、簡(jiǎn)化工藝流程等研究工作，到如今又對(duì)石英硅礦精制高純石英砂的晶型問(wèn)題的研究，侯教授對(duì)高純石英砂的研究從未停止。

在問(wèn)及對(duì)于國(guó)內(nèi)高純石英砂行業(yè)發(fā)展的一些建議時(shí)，侯教授表示行業(yè)應(yīng)引起高度重視。高純石英砂資源不可再生，數(shù)量有限。石英砂制備企業(yè)應(yīng)合理有效利用資源，不能金子變磚頭，浪費(fèi)有限的高純石英砂資源。此外，對(duì)于石英硅礦的開(kāi)采審批、項(xiàng)目建設(shè)等從嚴(yán)把關(guān)，有組織有計(jì)劃的開(kāi)采使用；再者，人文、安全、環(huán)保第一。

受制于高品質(zhì)礦源，國(guó)內(nèi)高純石英砂市場(chǎng)在下游產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)下，處于供不應(yīng)求的狀況，市場(chǎng)長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷著。作為粉體產(chǎn)業(yè)的連接者，中國(guó)粉體網(wǎng)同樣期望高純石英砂產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，高度關(guān)注，積極投入研究和應(yīng)用工程化。凝聚共識(shí)，創(chuàng)新精制工藝，我們的高純石英砂國(guó)產(chǎn)化，未來(lái)可期。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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