中国粉体网讯 高纯石英砂一般是指二氧化硅含量高于99.9%的石英砂，是由天然水晶、石英砂岩、脉石英、花岗岩石英等经过精选和加工提纯而成。高纯石英独特的分子结构、晶体形状和晶格特征，使其具有热膨胀系数小、高度绝缘、光学特性优异、耐高温、耐腐蚀等独特的物理化学特性。
随着战略性新兴产业的快速发展，高纯石英成为电子信息产业、智能制造装备产业、太阳能产业、高效节能产业等诸多尖端领域的关键性基础原料之一，战略地位日益凸显。
图源：石英股份
但是长期以来我国高纯石英高端产品被美国、德国等垄断，致使高纯石英制品产业链上下游多个环节存在国产化率较低、对外依存度仍居高不下的问题。加快推进我国高纯石英砂制备关键技术的发展迫在眉睫。
难点分析
1、地质条件
石英砂的产地地质条件对其品质有着重要影响。例如，产地地质勘探程度不足、矿石储量不足、矿石品质不稳定等都会影响石英砂的提纯。因此，需要对石英砂的产地进行深入的勘探和调查，以了解其地质条件和矿石品质等信息。同时，需要对矿石进行合理的储存和使用，以保证提纯过程的顺利进行。
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2、原矿特性
石英砂的原矿性质对其提纯至关重要。从原矿方面来看，虽然我国石英资源丰富，但是大多只能作为大宗硅质原料来使用，用于生产高纯石英的原料匮乏。如果原矿中杂质的含量过高或者杂质分布不均匀，就会增加提纯的难度。因此，需要对原矿进行充分的勘探和检测，以了解其杂质的种类和含量等关键信息。同时，需要根据原矿的性质制定相应的提纯工艺和方案，以确保提纯效果。
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3、杂质存在的形式
石英中杂质的赋存状态主要包括气液包裹体类杂质和类质同象类杂质。
（1）气液包裹体类杂质
石英矿中普遍含有气液包裹体，伴随着石英晶体生长机制和周围介质浓度发生变化，微量的固、液、气三相与石英晶面的生长作用力相互影响，差异性变化将H2、O2、N2、CO、CO2等捕获包裹在石英晶体中形成包裹体。
（2）类质同象类杂质
类质同象杂质离子主要包括Al3+、Ti4+等，这些离子与石英晶格中的Si4+、Al3+的离子半径相近，难以通过物理方法进行分离。且可能存在于石英晶格的间隙或替代原有的Si4+、Al3+等位置，导致所得高纯石英的性能受到严重影响，如热学性能、光学性能、电学性能等。
4、提纯工艺
提纯工艺的选择和实施是提纯过程的关键。需要根据杂质的具体性质和存在形式选择合适的工艺流程和技术，如破碎、筛分、磨粉、磁选、酸浸和脱水等工艺。同时，提纯工艺的效率、效果和稳定性也是限制提纯的因素之一。需要不断研究和改进提纯工艺，以提高效率、优化效果和稳定性。
5、技术水平
石英砂的提纯技术水平也是限制因素之一。技术包括对提纯工艺的研究、设备的研发和改进、检测和质量控制等方面的技术水平，直接影响着石英砂的提纯效果。需要不断提高技术水平，加强研发和创新能力，以推动高纯度石英砂提纯技术的发展。同时，需要建立完善的质量控制体系，对石英砂进行精确的检测和分析，以确保产品的质量和稳定性。
6、设备性能
提纯设备是实现高纯度石英砂提纯的核心，设备的性能包括精密度、可靠性、稳定性等都会对提纯效果产生影响。在石英砂的提纯过程中，需要选择性能良好的设备，并进行精确的调试和控制，以确保产品的质量和稳定性。此外，设备的投资和维护成本也是限制高纯度石英砂提纯的因素之一。需要投入足够的资金和人力资源进行设备的维护和更新，以保证提纯过程的顺利进行。
氯化焙烧装置
研究进展
目前高纯石英砂的提纯方法主要分为物理法和化学法。物理法提纯无法去除元素杂质，需要进行化学法深度提纯。化学深度提纯主要包括酸（碱、盐）处理法和热处理法，酸（碱、盐）处理主要去除以包裹体形式存在石英砂颗粒表面或镶嵌于颗粒中的杂质。
1.酸处理法
在经历初步物理提纯后，大部分杂质矿物已被去除，但还有少量杂质矿物处在晶界、微裂隙及晶体内，酸（碱、盐）处理法主要是为了去除这部分杂质。其中酸浸法应用最为广泛，常采用氢氟酸、硫酸、盐酸和硝酸这几种酸的混合溶液对石英砂进行提纯。
（1）有氟浸出
大量试验表明，高纯石英除杂采用单一酸浸效果不佳，而采用混合酸浸则可利用不同酸产生的协同效应，有效地去除杂质。研究表明，HCl-H2C2O4－HF混合酸对Fe的去除效果较H2SO4-H2C2O4-HF混合酸的效果好，且能有效避免硫对石英精矿的污染。
（2）无氟浸出
随着国家对环境保护的日益重视，高纯石英混合酸浸中的无氟无硝工艺在今后工业实践中尤为重要。现阶段，工业上还使用以HF为主的酸浸工艺，无氟无硝工艺还仅在实验室研究阶段，但已经取得了一定的成效，为今后环境友好型生产工艺的实施奠定了基础。
2.热处理法
（1）高温爆裂法
直接高温爆裂法是利用高温焙烧、微波加热等使石英晶体表面创造晶体缺陷和高能区，并使气液包裹体气化膨胀，再利用水淬使膨胀的气液包裹体瞬时爆裂。大多数试验研究结果是利用石英第二个晶型转变温度，将焙烧温度定为900℃，但忽略了不同高纯石英原料的差异性，缺乏针对不同高纯石英原料焙烧温度及焙烧工艺顺序的科学界定。
（2）氯化焙烧法
氯化焙烧是去除石英晶格杂质、碱金属等间隙原子类杂质最主要的方法，氯化焙烧是在一定温度和氛围条件下，将杂质组分离子转化为低沸点的氯化物，进而将杂质组分分离的过程。常用的氯化剂有氯气、氯化氢、氯化铵、氯化钠和氯化钙等，氯化焙烧按产物形态可分为高温焙烧（氯化挥发法）、中温焙烧（氯化焙烧—浸出法）、氯化—离析。但不同的氯化剂和焙烧温度与晶格杂质作用的方式和效果存在较大差异。氯化焙烧对Fe、Li有一定的去除作用，其他杂质Al、Ti、Ca、Mg未见明显的去除效果。
氯化焙烧后石英颗粒表面形貌
总结
综上所述，高纯度石英砂提纯的难点与原矿特性、提纯工艺、设备性能、地质条件和技术水平等方面紧密相关。当前研究水平尚未解决市场对高纯石英砂的需求量，想要破开枷锁，需要对高纯石英砂提纯难点进行深入研究和优化。与此同时，需要深入研究的同时适应当今社会环保绿色生产的要求以及加强人才培养和技术交流，提高石英砂行业的整体水平。
参考来源：
[1]张海啟，马亚梦，谭秀民，武志超；高纯石英中杂质特征及深度化学提纯技术研究进展
[2]胡泽晨，余刚，季勇升，杨德仁，余学功；石英砂的提纯技术现状及挑战
[3]吴逍；高纯石英原料选择评价及提纯工艺研究
[4]潘俊良；氯化焙烧法制备4N8标准级高纯石英试验研究，成都理工大学
[5]首泰设备官网；石英股份官网
（中国粉体网编辑整理/九思）
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