高纯石英是生产单晶硅、多晶硅、石英玻璃、光纤、太阳能电池、集成电路基板等高性能材料的主要原料,广泛应用在大规模及超大 规模集成电路、光纤、激光、军事和航天工业。而这些行业关系到国家的长远发展,因此,高纯石英的战略地位非常重要。
一、石英玻璃的制造
按照采用原料的不同,石英玻璃制造工艺主要分为两种:一是采用电熔、气炼、连熔等方法将天然结晶石英粉在高温下熔融制得;二是采用化学原料合成法制得,即硅化合物在氢氧焰中发生系列化学反应生成二氧化硅颗粒,聚集在一起形成块状石英玻璃。
2002年,顾真安带领王玉芬等人突破传统卧式CVD气相合成工艺,在国内首创立式CVD气相沉积工艺,使大尺寸、高均匀石英玻璃的制造成为可能。
二、以氟硅酸制备高纯石英砂
某公司以氟化氢企业的氟硅酸(质量分数为38%)和液氨(质量分数为 99.6%)为原料,在图1所示的装置中制得高纯二氧化硅和氟化铵溶液。然后在图2所示的装置中制得高纯石英砂。
三、利用脉石英或石英岩生产高纯石英砂
关于用脉石英或石英岩矿石生产高纯石英砂的可行性,有学者对江西岿美山的脉石英矿石作了小型试验和半工业试验。
脉石英选矿半工业试验原则流程
四、石英砂浮选
浮选除去石英中的伴生矿物长石与云母最典型的工艺流程是以氢氟酸为活化剂,在强酸条件下( pH=2~3) 采用胺类阳离子捕收剂进行浮选。但随着环保意识的增强,现在多采用无氟浮选。
常见的石英砂浮选流程
五、制备高纯石英粉
制备高纯石英粉的方法主要有两大途径:一是物理法,即机械粉碎法;二是化学合成法,包括气相合成法和液相合成法。
机械粉碎法,即利用天然水晶为原料,经过工艺流程:水晶原矿→粉碎→磁选→浮选→酸浸→干燥→焙烧→磁选→成品石英粉。机械粉碎法制备石英粉虽然工艺简单但易带入杂质,能耗大,成本高,粉料特性也难以控制,制备效率低且粒径分布宽。近年来采用化学合成法制备高纯合成石英粉日益受到重视。
六、高纯石英砂晶格杂质去除方法——氯化焙烧
受限于热缺陷的迁移迷率和其他因素,石英砂内部产生的肖特基缺陷很难完全迁移至表面,而石英砂表面或近表面的晶格杂质可能在氯化焙烧过程中得到净化。
七、石英砂提纯工艺
1.四川某矿业有限公司:“水洗—酸浸”提纯工艺流程
2.沐川黄丹石英砂反浮选除铁提纯操作步骤示意图
3.对某石英砂矿进行提纯工艺研究,最终通过“焙烧 - 水淬 - 磁选 - 浮选 - 酸浸”联合工艺得到了 SiO2 含量超过 99.99% 的超纯石英砂。
4.安徽凤阳县石英砂矿企业生产石英砂的工艺可分为湿法与干法两种
湿法工艺的主要流程为:原矿进行破碎→石轮碾磨矿→加水冲洗→磁选→水力分级→石英精砂。
干法工艺的主要流程为:原矿经鄂式破碎机粗碎→中碎→筛分去土后→棒磨机磨细→磁选→粗分离→细分离→旋流器。
两种工艺的差别主要在于机械擦洗技术的选择
5.东海某高纯石英砂企业提纯工艺流程
采用硅石通过原矿分选、焙烧、水淬、破碎、磁选、酸浸、浮选、烘焙等工艺制备高纯石英砂,对于满足高新技术产业对高纯石英砂的需求,推动高纯石英砂提纯技术进步和企业发展意义重大。
石英行业较为依赖石英矿山的品位、地质因素及提纯技术。在高端应用领域,如航空、光伏、电子、激光等,石英砂的提纯深加工显得尤为重要。中国粉体网定于2017年12月12日-13日在石英砂产业聚集区安徽凤阳举办“2017石英砂精细加工及应用技术交流会”。会议旨在为当地及国内石英砂产业界人士提供石英砂提纯及精细加工技术方面的沟通平台,强化行业信息交流,为企业产品转型提供优质解决方案。