中國粉體網(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，是面向未來的戰(zhàn)略性資源。高品質(zhì)礦物原料和提純技術(shù)是我國高純石英產(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，對選礦提純效果具有約束作用。

高純石英砂對原礦的要求

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)。

共伴生獨立脈石礦物（如云母、長石、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展。因此，選擇流體包裹體含量極少或無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)

石英晶體在形成過程中，一些元素會替代硅元素進入石英晶體中，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1×10^-6，很難利用經(jīng)濟的選礦手段和化學(xué)提純方法除去。

石英晶格的外來元素中，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，這是因為其相較天然石英中其他雜質(zhì)元素，Al含量往往最高，也最容易通過測試分析方法分析出來。當(dāng)石英中存在大量Al雜質(zhì)時，Li、K、Na等雜質(zhì)元素的含量會增加。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，無論是晶格間Ti還是包裹體中的含Ti礦物，均很難通過常規(guī)的選礦手段和化學(xué)提純方式經(jīng)濟合理除去，因此當(dāng)石英中Ti含量超過一定程度時，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)的過程。石英礦石經(jīng)過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,則需要進行化學(xué)提純。化學(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脫除石英雜質(zhì)，有時也會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，對石英原料進行工藝礦物學(xué)研究，確定天然石英礦物中雜質(zhì)元素賦存狀態(tài)，對選擇合適的高純石英原料和確定有針對性的石英除雜提純方案極其關(guān)鍵。

2024年8月9日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2024（第二屆）全國集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會”將在江蘇鹽城召開，資深石英砂提純技術(shù)專家彭立華將做《高純石英砂對原礦和生產(chǎn)工藝的要求》的報告，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，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)對高純石英砂生產(chǎn)的影響。

參考來源：

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

馬超等.高純石英原料礦物學(xué)特征與加工技術(shù)進展

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)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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