石英砂深加工技术简要介绍

石英砂深加工技术简要介绍

石英砂深加工技术是指在普通石英砂（SiO₂含量一般为95%~99.9%）基础上，通过物理、化学或热工等手段进一步提纯、改性或功能化，以满足高端应用领域（如光伏、半导体、光纤、电子封装、精密铸造、涂料、填料等）对材料纯度、粒度、形貌、表面性能等方面的严苛要求。

以下是石英砂主要的深加工技术分类与核心工艺：

一、高纯提纯技术（用于制备高纯/超高纯石英砂）

1. 深度酸洗

使用混合强酸（HCl + HF + HNO₃ 或 H₂SO₄）在加热条件下长时间浸泡。

去除Fe、Al、Ti、Ca、Mg等金属离子及硅酸盐包裹体。

关键：控制HF浓度避免过度腐蚀晶格；多级逆流洗涤减少酸耗。

2. 高温氯化提纯（关键核心技术）

在1000–1400°C下通入Cl₂、HCl或CCl₄气体。

杂质（如Fe、Al、Na、K）生成挥发性氯化物（FeCl₃沸点315°C）被带出。

是制备半导体级石英砂（SiO₂ ≥ 99.999%，杂质总和 <10 ppm）的核心步骤。

3. 高温煅烧+水淬

煅烧（1200–1500°C）使晶格缺陷释放杂质，随后快速水淬产生微裂纹，便于酸洗深入。

4. 超声波辅助清洗

利用空化效应剥离颗粒表面及微孔中的污染物，提升清洗效率。

二、粒度与形貌控制技术

1. 精密分级

采用气流分级机、水力旋流器、筛分等，获得窄粒径分布产品（如D50 = 20±2 μm）。

应用于光伏坩埚、覆铜板填料等对粒度敏感的场景。

2. 球形化处理

火焰熔融法：石英粉在高温氢氧焰或等离子体中瞬间熔融，表面张力使其形成球形颗粒。

优点：球形度 >0.9，流动性好，填充率高。

应用：环氧模塑料（EMC）、芯片封装、5G高频基板填料。

等离子体球化：更均匀、无污染，但成本高。

三、表面改性技术

1. 硅烷偶联剂处理

使用KH-550、KH-560、KH-570等硅烷对石英砂表面进行接枝。

提高与有机树脂（如环氧、硅橡胶）的相容性和界面结合力。

应用于电子封装、复合材料、涂料等领域。

2. 钛酸酯/铝酸酯改性

改善分散性，降低体系粘度，适用于高填充体系。

3. 纳米包覆

在石英颗粒表面包覆SiO₂、Al₂O₃等纳米层，提升耐候性、绝缘性或光学性能。

四、功能性复合与增值产品开发

五、环保与资源综合利用技术

酸回收系统：采用蒸发浓缩、膜分离等技术回收HF/HCl，降低废酸排放。

尾矿再利用：低品位石英尾矿用于建材、陶瓷或微晶玻璃原料。

干法提纯替代湿法：减少废水产生（如干式磁选、静电选等）。

六、质量控制关键技术

杂质检测：GDMS（辉光放电质谱）、ICP-MS（检出限达ppb级）。

粒度与形貌分析：激光粒度仪、SEM、球形度分析仪。

放射性检测：γ能谱仪测U、Th含量（对半导体级至关重要）。

洁净度控制：全程在万级/千级洁净车间操作，避免Fe、Cr、Ni等交叉污染。

总结

石英砂深加工已从“粗提纯”迈向“高值化、功能化、定制化”阶段。其技术核心在于：

源头矿选（决定提纯上限）

氯化提纯与球形化（两大高附加值工艺）

表面精准调控（匹配下游应用）

不同应用对石英砂的要求差异极大，例如：

光伏行业：关注Al、Ti、Fe含量（影响少子寿命）；

半导体封装：强调低α射线、高球形度、超低Na/K；

涂料填料：侧重白度、粒径分布与表面活性。