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製備高純石英砂,為什麽這麽難?發布日期:2022-05-03
石英砂大家都不陌生,它是無色、透明的石英的變種,來源於各種岩漿岩,沉積岩和變質岩,是重要的工業礦物原料,廣泛用於玻璃、鑄造、陶瓷及防火材料、冶煉矽鐵、冶金熔劑、冶金、建築、化工、塑料、橡膠、磨料,濾料等工業。但隨著國民經濟和科學技術的飛速發展,石英砂的應用已開始涉入高新技術產業領域,是現代科學技術的重要新型功能材料。
高純石英砂是SiO2含量高於99.9%的石英砂,為白色粉末,無異色,雜質含量很低。它具有高的耐溫性,好的化學特性,優良的電絕緣性和透光性等,被廣泛應用於高端電光源、大規模及超大規模集成電路、太陽能電池、光纖、激光、航天、軍工等領域。
由於生產原料的特殊性和技術保密等原因,目前,全球能批量化生產高純石英砂的企業很少,主要被尤尼明、挪威TQC和石英股份等企業壟斷。

要製備高純石英砂,先要精選原料
世界上隻有少數幾種原礦可以生產高純度的石英砂用於高科技工業。這種原礦資源儲量較少,由於開采力度加大,已經逐漸枯竭。
比較適合提純的石英原料是一、二級天然水晶,純度高、雜質含量低、包裹體少,但大量的工業化生產,很難保證礦物組織的均勻性和內在品質化學含量的一致性,我國水晶儲量少,且分布不均勻,很難滿足工業需求。
其次是天然岩石礦物,如石英岩、石英砂岩和脈石英是我國生產高純石英砂的主要原材料,原料儲量豐富。但提純要求高,目前被美國、日本、德國等國家壟斷,並限製提純技術和產品對外出口。
石英砂中礦物雜質通常以非石英礦物的形式存在,如長石、雲母、石榴石、鋯石、鈦鐵礦和許多其它礦物。這些雜質的存在方式主要有以下幾種:
1)作為鬆散的伴生礦物,未與石英晶體發生化學結合;
2)作為礦物碎片,在其表麵化學和物理上與石英晶體結合,這類雜質主要為含鐵礦物和含鋁礦物;
3)被石英顆粒包裹或被相互結合的石英晶體包圍的礦物;
4)作為間隙離子取代矽,這些雜質主要有:Al3+、Fe2+、Fe3+、B3+、Ti4+、Ge4+、P5+等,這些離子取代Si4+,形成共價鍵。當這種情況發生時,通常會伴隨著Li+、K+、Na+和H+等元素的摻雜以保持SiO2晶格的電中性。Al元素是石英礦中主要雜質元素之一,且Al3+和Si4+半徑相近,易替代Si4+,其含量通常高達數千ppm,因此Al含量是石英礦質量的重要指標。
因此,高效、穩定的高純石英選礦提純技術對我國高純石英砂產業的發展很關鍵。



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