高纯石英砂典型生产工艺介绍

高纯石英砂典型生产工艺介绍

高纯石英砂是指二氧化硅（SiO₂）含量通常在99.9%以上，甚至达到99.99%~99.999%的高纯度石英材料，广泛应用于半导体、光伏、光纤通信、光学仪器、航天军工等高端领域。其生产工艺复杂，需通过多道物理与化学提纯工序，以去除铁、铝、钛、钾、钠等金属杂质以及云母、长石等伴生矿物。以下是高纯石英砂的典型生产工艺流程：

一、原料准备

原料来源：天然水晶、石英岩、脉石英或优质硅石。

要求：初始SiO₂含量一般不低于99.3%，杂质少、结构致密。

预处理：人工拣选、冲洗，去除泥土、碎屑等表面杂质。

二、破碎与制砂

1. 粗碎：使用颚式破碎机将大块石英岩破碎至20–50mm。

2. 细碎：采用圆锥破碎机或反击式破碎机进一步破碎至5–10mm。

3. 制砂/研磨：

湿式球磨机或棒磨机将颗粒研磨至0.1–0.5mm（约50–200目），使包裹在石英晶体内部的杂质暴露出来。

三、筛分与分级

使用振动筛或水力分级机对石英砂进行粒度分级。

去除过粗颗粒（>6mm）和过细泥质（<0.1mm），确保粒径均匀。

四、物理提纯（除杂）

1. 磁选：

利用强磁选机（磁场强度5000–7000高斯）去除铁、磁铁矿等强/弱磁性杂质。

2. 浮选：

除云母：使用阳离子捕收剂。

除长石：采用氢氟酸+胺类组合药剂，在酸性条件下浮选分离。

除含铁矿物：特定浮选药剂选择性去除。

3. 重选（螺旋流槽）：

利用密度差异去除云母等轻质杂质。

五、化学提纯（深度净化）

1. 酸浸（关键步骤）：

使用HCl+HF混合酸（有时加入HNO₃或H₂SO₄）浸泡数天（通常3–7天）。

溶解金属氧化物（如Fe₂O₃、Al₂O₃）及部分硅酸盐矿物。

酸洗后需多次去离子水清洗至中性，彻底去除残留酸和溶出杂质。

2. 高温煅烧（可选）：

常规煅烧（800–1200℃）：去除有机物、结构水。

气氛煅烧（氯气或氯化氢气氛）：实现氯化焙烧，挥发K、Na、Al等杂质，是制备电子级高纯石英的关键步骤。

六、脱水与干燥

脱水：采用离心机或压滤机去除水分。

烘干：在洁净环境中用烘干机干燥至含水率<0.2%。

七、包装与质检

在洁净车间中进行自动包装，防止二次污染。

产品需经ICP-MS等高精度仪器检测金属杂质含量，确保达到目标纯度等级（如光伏级、半导体级）。

小结

高纯石英砂的生产不仅是“破碎+清洗”的简单过程，而是一个融合矿物加工、表面化学、高温冶金和洁净控制的系统工程。其中，酸浸和氯化焙烧是决定最终纯度的核心环节，而原料品质则是整个工艺成败的前提。