高纯石英砂制备方法

高纯石英砂制备方法

高纯石英砂（High-purity quartz sand）是指SiO₂含量通常在99.9%以上，且杂质元素（如Fe、Al、Ti、K、Na、Ca、Mg等）含量极低（通常在ppm甚至ppb级别）的石英砂。它广泛应用于半导体、光伏、光纤、精密光学器件和高端玻璃等高科技产业。其制备方法主要包括原料选择、物理提纯、化学提纯以及高温处理等多个步骤。以下是主要的制备方法概述：

一、原料选择

优质石英矿源：优先选用天然水晶或高纯度脉石英、石英岩等，其初始杂质含量较低。

避免含包裹体、云母、长石、黏土矿物等杂质多的原料。

二、物理提纯方法

1. 破碎与筛分 

将原矿破碎至合适粒度（通常为0.1–1 mm），便于后续处理。

2. 磁选 

利用高梯度磁选机去除铁磁性矿物（如磁铁矿、赤铁矿等）。

3. 重选/擦洗 

去除表面附着的黏土、氧化物等杂质。

4. 浮选 

采用阴离子或阳离子捕收剂，去除长石、云母等硅酸盐杂质。

三、化学提纯方法（关键步骤）

酸洗（Acid Leaching） 

常用混合酸（如HCl + HF + HNO₃）浸泡石英砂，溶解金属氧化物及表面杂质。

HF可有效去除硅酸盐包裹体，但需严格控制用量以避免过度腐蚀石英晶格。

酸洗后需多次去离子水洗涤至中性。

四、高温处理（煅烧与氯化）

1. 高温煅烧（1200–1600°C） 

使晶格中的杂质迁移至表面，便于后续酸洗去除。

可促进晶型转变（如α-石英 → β-石英），改善结构稳定性。

2. 氯化焙烧（Chlorination Roasting） 

在高温（>1000°C）下通入Cl₂、HCl或CCl₄等氯化剂，使金属杂质生成挥发性氯化物（如FeCl₃、AlCl₃）逸出。

是获得超高纯石英（用于半导体级）的关键技术。

五、超纯水清洗与干燥

使用18.2 MΩ·cm的超纯水反复清洗，防止二次污染。

在洁净环境中干燥（如氮气保护下烘干）。

注意事项

整个流程需在洁净车间中进行，避免环境粉尘污染。

所有设备应采用耐酸、无金属污染材质（如PTFE、石英、陶瓷）。

最终产品需通过ICP-MS、XRF、GDMS等手段检测杂质含量。