中國(guó)粉體網(wǎng)訊  目前能夠用作光伏行業(yè)高純石英原料的石英礦床工業(yè)類(lèi)型有天然水晶、脈石英和花崗偉晶巖石英3種，其中脈石英是我國(guó)目前高純石英生產(chǎn)的主要原料。石英原料經(jīng)過(guò)精挑細(xì)選、精細(xì)加工得到高純石英砂，石英坩堝是由高純石英砂通過(guò)模具定型，使用電弧法高溫制作而成，具有耐高溫、使用時(shí)間長(zhǎng)、高純度等特點(diǎn)。在單晶硅生產(chǎn)中，石英坩堝是一次性使用的熔硅和晶體生長(zhǎng)的關(guān)鍵材料，對(duì)單晶硅的生產(chǎn)成本和產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量都有直接的影響。

我國(guó)用于單晶硅生產(chǎn)的石英坩堝通常采用雙層或三層結(jié)構(gòu)，石英砂的純度會(huì)直接影響硅棒拉晶質(zhì)量。石英砂純度越低，在高溫熔制過(guò)程中越容易產(chǎn)生黑點(diǎn)氣泡。用作內(nèi)層砂時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間處于高溫環(huán)境下會(huì)使石英坩堝內(nèi)壁所含氣泡受熱釋放，從而影響到單晶硅片生產(chǎn)的穩(wěn)定性和成功率。

石英砂品質(zhì)對(duì)坩堝品質(zhì)的影響

石英坩堝產(chǎn)品質(zhì)量直接影響直拉單晶硅的品質(zhì)和成本，而拉晶工藝升級(jí)則對(duì)石英坩堝純度、壽命和尺寸提出了更高的要求，進(jìn)一步激發(fā)高端石英坩堝需求。高純石英砂作為制作石英坩堝的核心原料，其品質(zhì)水平及成本等級(jí)很大程度上決定了石英坩堝的性能及成本。

高純石英的提純方法主要分為物理法和化學(xué)法。不同的共伴生礦物采用不同的分選技術(shù)，物理法提純主要有色選、擦洗、重選、磁選和浮選等工藝，可以去除幾乎所有以單體存在的礦物雜質(zhì)，除雜后雜質(zhì)元素的含量處于較低水平。此時(shí)，氣液包裹體和晶格內(nèi)部類(lèi)質(zhì)同象雜質(zhì)是主要的雜質(zhì)來(lái)源，而這些雜質(zhì)是制約高純石英產(chǎn)品制備的關(guān)鍵性因素。物理法提純無(wú)法去除這些雜質(zhì)，需要進(jìn)行化學(xué)法深度提純。

化學(xué)深度提純主要包括酸（堿、鹽）處理法和熱處理法，酸（堿、鹽）處理法主要包括有氟浸出和無(wú)氟浸出兩種，可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)礦物；熱處理法主要包括高溫爆裂和氯化焙燒兩種提純工藝，主要是利用高溫去除包裹體或晶格中類(lèi)質(zhì)同象類(lèi)雜質(zhì)，其中高溫爆裂可能除掉某些揮發(fā)性雜質(zhì)以及精礦中殘留的浮選劑，而氯化焙燒對(duì)Fe、Li、K、Na有一定的去除作用。相對(duì)于物理提純方法而言，化學(xué)提純操作復(fù)雜、成本較高，但在制備高純石英時(shí)，化學(xué)處理是最有效的，也是必不可少的。

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)，西南科技大學(xué)的孫紅娟教授將做《光伏行業(yè)用高純石英材料及原料工藝技術(shù)特征》的報(bào)告，屆時(shí)，她將詳細(xì)解讀光伏行業(yè)用高純石英原料特點(diǎn)、高純石英砂工藝特征以及雜質(zhì)去除技術(shù)。

孫紅娟，博士，二級(jí)教授/博導(dǎo)，四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人。四川省非金屬礦粉體改性與高質(zhì)化利用技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室主任。中國(guó)礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)礦物材料專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任委員，中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)礦物學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員等。獲美國(guó)SME協(xié)會(huì)“青年科學(xué)家”、江蘇省“雙創(chuàng)人才”。主要從事礦物材料、固體廢物處理與資源化研究。先后主持、主研國(guó)家自然科學(xué)基金、省部級(jí)項(xiàng)目等20余項(xiàng)，企業(yè)合作項(xiàng)目20余項(xiàng)；獲省級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)；授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利80余項(xiàng)；發(fā)表學(xué)術(shù)論文250余篇（EI、SCI收錄150篇），出版專(zhuān)著1部。在高純石英原料判別與提純、蒙脫石、蛭石和石墨等層狀礦物材料、典型工業(yè)固廢（石棉尾礦、粉煤灰、高爐渣、磷石膏等）資源化評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)研究等多項(xiàng)研究成果經(jīng)鑒定達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先和國(guó)際先進(jìn)水平，具有重要的理論意義和社會(huì)效益。

參考來(lái)源：

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

孫紅娟.坩堝用石英砂的工藝特征及高純石英砂制備技術(shù)

孫紅娟.光伏產(chǎn)業(yè)鏈三種不同石英原料的判別與加工

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/九思）

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