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        凝聚共識,創新精制工藝,高純石英砂國產化未來可期——訪湖南工業大學侯清麟教授

        時間:2022-07-12 16:23:00瀏覽次數:1043

        高純石英砂憑借優異性能在半導體、光伏、光纖通信、航空航天等領域發揮著越來越重要的作用,是業內關注的焦點。對此,我們邀請到來自湖南工業大學的侯清麟教授做客“對話”欄目,圍繞高純石英砂的制備難點、創新點等進行探討交流。

         

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        湖南工業大學侯清麟教授


        國產石英硅礦生產高純石英砂為什么難?


        高純石英砂是一種國家戰略性產品,在國民經濟中占有十分重要的地位。目前業內對于高純石英砂的界定存在分歧,沒有統一標準。侯教授認為制備高檔石英玻璃材料的原料,SiO2純度應該不低于99.995%,金屬雜質總量<50mg/kg,氣液包裹體稀少。


        我國自有高檔石英玻璃材料以來,一直采用純天然水晶精制的水晶砂原料制備。至上世紀七八十年代水晶資源逐漸枯竭,人們不得不用石英硅礦精制出高純石英砂替代水晶砂。然而石英硅礦中鋁、鐵、鈣、鈦等金屬和云母長石及氣液包裹體雜質含量高,外觀渾濁,呈乳白色,精制出來的高純石英材料與工業水晶砂產品相比差距較大,嚴重制約高檔石英玻璃材料用途和下游行業的發展。


        據侯教授介紹,經全分析,石英砂中的雜質離子超過50多種,其中影響高檔石英玻璃的雜質元素主要有鋁(Al)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鈣(Ca)等13種。而目前國產石英硅礦之所以難以制備出高純石英砂,主要在于鋁、鈣,以及少量的鈦。


        對于Al雜質元素,一方面,它以晶格雜質形式存在,去除難度極大。另一方面,Al雜質有一定的要求,含量不能高但也不能沒有。如若生產坩堝一般要求在20-25mg/kg。此外,國內石英硅礦中鈣、鎂雜質含量高,難以剔除。這些都是國內石英硅礦難以制備高純石英砂的原因所在。


        高純石英砂精制工藝如何創新?


        國內現工藝制備的高純石英砂,不僅金屬、尤其是氣液包裹體雜質比號稱“世界第一”的矽比科(原尤尼明)公司的高,而且所用的除雜介質HF、“王水”中的HNO3等殘液極難處理污染環境。

        對于高純石英砂的制備,侯教授認為可以從工藝流程理念、工藝流程、剔雜介質三個方面加強創新研究。


        工藝創新思想研究

        針對傳統高純石英砂精制工藝中的流程長和除雜介質殘液污染環境等問題,侯教授認為在符合產品生產技術要求前題下,可以從縮短簡化工藝流程、減少設備臺套數、工藝剔雜介質創新等方面作出改變,以實現節能減排,降低消耗,改善生產條件,保護人文生態環境的目的。


        工藝流程創新研究

        目前石英砂除雜的方法主要分為物理方法、化學方法。物理方法有磁選、反向浮選及煅燒水淬處理?;瘜W方法包括無機酸浸及有機酸浸。常用的無機酸通常是HF、HNO3、HCl和H2SO4。目前通常通過物理方法與化學方法相結合能實現更好的除雜效果。


        傳統精制工藝


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        創新精制工藝


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        除了除雜方法創新、流程縮短,工藝流程創新的另一個關鍵點是剔雜介質的創新。侯教授在國產石英硅礦無氟無硝制備高純石英砂工藝方面也是做了大量研究。以安哥拉礦石為參照,優選出與之相似組分的國產硅礦石,通過高溫水淬、研磨、在對H2O、CH4、C2H6與Na+、K+、Cu2+水合物進行原位比較監測基礎上,采用高頻電磁波作用后,改草酸(C2H2O4、乙酸(CH3COOH)、H2SO4浸泡精制剔除Al、Fe、Ti等金屬雜質后過篩、干燥后制備超純石英砂。


        高純石英砂國產化,未來可期


        從2008年至今,侯教授對高純石英砂的研究從未停止。他從多晶硅副產的四氯化硅殘液中提取食品級沉淀白炭黑開始,然后進行石英硅礦的優選,再到開展國產石英硅礦精制高純石英砂工程研究,最終解決了高純石英砂中的氣液包裹體問題,此后,隨著研究的深入,他又進行石英硅礦精制高純石英砂的除雜介質如無氟無硝法研究、簡化工藝流程等研究工作,到如今又對石英硅礦精制高純石英砂的晶型問題的研究,侯教授對高純石英砂的研究從未停止。


        在問及對于國內高純石英砂行業發展的一些建議時,侯教授表示行業應引起高度重視。高純石英砂資源不可再生,數量有限。石英砂制備企業應合理有效利用資源,不能金子變磚頭,浪費有限的高純石英砂資源。此外,對于石英硅礦的開采審批、項目建設等從嚴把關,有組織有計劃的開采使用;再者,人文、安全、環保第一。


        受制于高品質礦源,國內高純石英砂市場在下游產業帶動下,處于供不應求的狀況,市場長期被國外壟斷著。作為粉體產業的連接者,中國粉體網同樣期望高純石英砂產業鏈上中下游企業,統一認識,高度關注,積極投入研究和應用工程化。凝聚共識,創新精制工藝,我們的高純石英砂國產化,未來可期。



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        來源:粉體網



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