高纯石英砂(High-purity quartz sand)是指SiO ₂含量通常在99.9%以上,且杂质元素(如Fe、Al、Ti、K、Na、Ca、Mg等)含量极低(通常在ppm甚至ppb级别)的石英砂。它广泛应用于半导体、光伏、光纤、精密光学器件和高端玻璃等高科技产业。其制备方法主要包括 原料选择、物理提纯、化学提纯以及高温处理等多个步骤。以下是主要的制备方法概述:
优质石英矿源:优先选用天然水晶或高纯度脉石英、石英岩等,其初始杂质含量较低。
避免含包裹体、云母、长石、黏土矿物等杂质多的原料。

1. 破碎与筛分
将原矿破碎至合适粒度(通常为0.1–1 mm),便于后续处理。

2. 磁选
利用高梯度磁选机去除铁磁性矿物(如磁铁矿、赤铁矿等)。
3. 重选/擦洗
去除表面附着的黏土、氧化物等杂质。

4. 浮选
采用阴离子或阳离子捕收剂,去除长石、云母等硅酸盐杂质。

酸洗(Acid Leaching)
常用混合酸(如HCl + HF + HNO ₃)浸泡石英砂,溶解金属氧化物及表面杂质。
HF可有效去除硅酸盐包裹体,但需严格控制用量以避免过度腐蚀石英晶格。
酸洗后需多次去离子水洗涤至中性。

1. 高温煅烧(1200–1600°C)
使晶格中的杂质迁移至表面,便于后续酸洗去除。
可促进晶型转变(如α-石英 → β-石英),改善结构稳定性。

2. 氯化焙烧(Chlorination Roasting)
在高温(>1000°C)下通入Cl ₂、HCl或CCl ₄等氯化剂,使金属杂质生成挥发性氯化物(如FeCl ₃、AlCl ₃)逸出。
是获得超高纯石英(用于半导体级)的关键技术。
使用18.2 MΩ·cm的超纯水反复清洗,防止二次污染。
在洁净环境中干燥(如氮气保护下烘干)。
注意事项
整个流程需在洁净车间中进行,避免环境粉尘污染。
所有设备应采用耐酸、无金属污染材质(如PTFE、石英、陶瓷)。
最终产品需通过ICP-MS、XRF、GDMS等手段检测杂质含量。
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