中國粉體網訊 石英砂是一種半透明的硅酸鹽礦物，其主要成分是 SiO2，當 SiO2 含量高于 99.99% 時稱其為高純石英砂。高純石英材料具有化學性質穩定、雜質含量低、透光性好、光譜透過寬、抗熱沖擊、耐高溫、耐輻照、紫外線全穿透、抗析晶能力強、硬度大、熱膨脹系數小、電絕緣性好、耐幾乎所有酸的腐蝕(HF 除外)等優異的物理化學性能。
高純石英砂廣泛用于電光源、光纖通信、太陽能電池、半導體集成電路、精密光學儀器、醫用器皿、航天航空等高科技行業，對一個國家的科技發展具有重要作用。
《光伏用高純石英砂》 GB/T32649-2016
高端石英產品對于石英砂的品質有很高要求，普通的石英砂不能達到其生產要求。但是關于高純石英砂的制備工藝一直由美歐等國控制，并且嚴格保密。雖然我國的石英礦儲量非常豐富，但是其品質較差，難以滿足行業發展的需要。因此，使高純石英砂國產化，對我國發展高端石英行業十分重要。
高純石英砂以石英石原石為原料，經焙燒、水淬、烤砂、粗碎、細碎、一次篩分、一次磁選、酸化、脫酸、一次清洗、浮選、二次清洗及脫水、烘干、高溫氯化、冷卻、二次篩分、二次磁選等工藝制得。其中，高溫氯化可將石英砂中的Fe、Al等雜質的含量進一步降低，從而使石英砂的純度更高。
將經過前期處理烘干后的石英砂送至高溫氯化爐進行氯化，高溫氯化爐內部為石英管，長度約為6.5m，石英砂在石英管中從前端進入，從后端輸出后高溫氯化工藝即完成。
高純石英砂生產工藝及產污及流程圖
在傳統提純工藝中，主要用氯化焙燒工藝去除石英砂晶格內的雜質元素。氯化焙燒又稱為高溫氯化，不同的氯化劑與晶格雜質的作用方式和效果存在較大差異。氯化工序通常使用HCl、Cl2或是HCl和Cl2混合氣體作為氯化劑，由于HCl、Cl2氣體屬于危險化合物，其儲存均需由鋼瓶儲存，HCl、Cl2或是HCl和Cl2由氯化爐后端沖入氯化爐。
石英晶格中微量元素的結構圖
反應完成后未完全反應的氯化氫氣體從氯化爐前端排出后進入酸霧吸收塔(堿吸收)處理。研究表明氯化溫度為1000℃，用量約為300g，石英砂在氯化爐中的停留時間約為2h時，所得石英砂參數最符合高純石英砂質量要求。
氯化焙燒裝置
通過氯化工序進一步去除石英中夾雜的堿土金屬及其氧化物雜質。氯化利用了石英礦物的表面與內部的化學位的梯度，促使著石英礦物的內部的包裹體的擴散。石英顆粒表層的堿金屬、堿土金屬和殘余的包裹體等雜質在高溫下與氯化氫氣體產生反應生成氣態氯化物，高溫氣流將這些雜質元素的氯化物帶走，從而達到深度提純的目的。反應原理如下:
Fe2O3+6HCI=2FeCl3+3H2O
Al2O3+6HCI=2AlCl+3H2O
結語
采用高溫氯化工藝進行石英砂提純試驗，可以有效去除石英砂中的雜質，工藝簡單易行，具有較好的工業應用前景。高溫氯化工藝可降低Fe、Al雜質的含量，但對雜質元素Al去除效果較低，氯化工序仍待改進。
參考來源：
[1]高純石英制備技術評述；岳麗琴
[2]高純石英砂制備技術研究現狀；侯清麟 ，梁曉亮，周方革，肖嘉凱
[3]石英砂高溫氯化提純研究；任俊峰，劉志龍，吳學民，婁陳林，張國君，張寒，歐陽葆華
（中國粉體網編輯整理/九思）
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