高純石英砂是一種國家戰略性產品,SiO2含量一般高于99.99%,被廣泛應用于集成電路、醫學、軍工、航天航空、光通訊、激光、電子工業尤其是高端的光學電子工程等高科技行業。
高純石英砂的生產技術在國際上大約20世紀70年代就開始研究了。當前世界上美國的科維亞(尤尼明)公司在這項生產技術上較為領先,并且操縱了世界上絕大部分的高端石英原料市場。其主要的特點是設備的專業化、自動化程度高、產品檢測水平高、產品質量穩定。其公司生產的IOTA系列的高純石英砂使用在各個高尖領域,石英中的元素雜質含量被公認為國際標準。
挪威石英公司(The Quartz Crop)使用Norsk地區的石英,采用較為先進的提純工藝制備技術制備出了高純石英砂,但部分高質量的石英砂的原料也是來自于北卡羅來納的Spruce地區。
在全世界范圍內除了美國的尤尼明和挪威石英公司,一些其他的全球供應商生產的高純石英砂和國際上的標準相比,質量上還是有很大的差距。
我國自從上世紀有高檔石英材料以來,一直采用江蘇連云港與四川冕寧等地產的純天然水晶,通過酸洗、高溫煅燒、水淬、研磨、過篩、“王水”浸泡、無離子水清洗、干燥等工藝精制成50~80目(Φ0.27~0.18mm,坩堝用)、70~120目(Φ0.212~0.12mm,俗稱氣煉燈工產品用)與90~220目(Φ0.16~0.07mm,石英錠用)水晶砂、再用98%以上氫氧焰或電弧產生2500℃以上高溫融熔制備而成。
20世紀后期因水晶資源枯竭,人們開始利用從馬達加斯加、安哥拉、挪威、巴西等國進口的硅礦石替代水晶,制備高檔石英材料用高純石英砂。對于在硅礦石替代水晶生產石英材料上的研究,我國是研究比較晚的,大約在20世紀80年代才有相關的研究報道。目前,我國采用硅礦石替代水晶生產石英材料的技術是要遠低于美國的,目前能穩定生產出的石英材料只能達到二、三、四級水平,高質量的石英材料仍需從美國進口。由于一、二級水晶資源的逐步枯竭,由石英砂制備高純、超高純石英砂的工藝日益得到重視。
目前,我國的石英砂行業總體供給充分,中低端的普通石英砂,精制石英砂供給相對過剩,高純以及超高純石英砂對進口還有較強的依賴性,尤其是超高純石英砂產品。與美國相比較,我國采用硅礦石替代水晶生產石英材料的技術相差較遠。通常,我國制備的石英材料中含有大量的羥基,且純度更不能與美國相提并論。
而我國的國產石英砂的主要原因是結構組成性雜質問題。中美貿易爭端開始后,隨著高科技發展的迅速。目前我國生產的石英材料由于純度低、羥基含量高,已經不能滿足國家發展的需要了。因此,剔除石英砂中結構組成性雜質的重要性已上升國家層面,國產化的要求也越來越重要。
目前,我國生產高檔石英材料的高純石英砂,主要來自三個方面:
直接進口:直接進口尤尼明等公司的高純石英砂,其特點是SiO2含量高,金屬雜質低,氣液包裹體少,質量穩定。但價格昂貴,限量供應,尤其是中美貿易摩擦以來,嚴重制約著我國高檔石英材料及其下游產業的發展。
進口精制:從安哥拉、挪威等國進口硅礦石,制備出金屬雜質含量在30ppm左右。但氣液包裹體含量偏高且質量不穩定,從而價格低,銷售不暢,使國內高純石英砂精加工企業生存困難。
國產精制:我國是硅資源貯量大國,有不少品位高的硅礦石被開采。但由于下游行業主觀意念及研究開發投入少等原因,使此項工作步履艱難。另外,國產硅礦石中氣液包裹體確實含量高,難以剔除,銷售價格極低,讓人們望而卻步。
因此,利用國產硅礦石制備高純石英砂的加工技術在國民經濟和高科技領域當中具有重要的戰略意義。
資料來源:《侯清麟,肖嘉凱,陳平飛,等.石英砂結構組成性雜質剔除技術現狀[J].廣州化工,2021,49(04):20-24》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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