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高纯石英技术专题一:高纯石英原料选择技术!
来源:中国粉体技术网    更新时间:2017-08-11 09:13:30    浏览次数:
 
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  什么是高纯石英?
  高纯石英(high-purity quartz)是SiO2纯度大于99.9%的石英系列产品的总称,是硅产业高端产品的物质基础,广泛运用于光伏、电子信息、光通讯和电光源等行业,在新材料新能源战略性新兴产业中具有重要地位和作用。
 
高纯石英技术

  SO2纯度可分为:
  低端w(SO2)≥99.9%(3N)
  中端w(SO2)≥99.99%(4N)
  高端w(SO2)≥99.998%(4N8)
  按产品中AlBLiKNaCaMgTiFeMnCuCrNi等杂质元素总量可分为:
  低端≤1000×10-6
  中端≤100×10-6
  高端≤20×10-6
  每个等级的高纯石英可按粒度分为40-80目、80-140目、80-200目、80-300目等品种。
  我国高纯石英技术与国际先进水平的差距较大,所生产的石英制品大部分为中低端产品,目前4N8及以上高端产品的国际市场几乎被美国尤尼明公司所垄断。
 
高纯石英

  一、高纯石英原料选择技术
 
高纯石英原料

  1、为什么水晶不能作为高纯石英工业原料?
  高纯石英最初是以一、二级天然水晶为原料,再经精选提纯加工而成。天然水晶通常是在一定地质条件下的晶洞环境中形成,其成因的特殊性决定了存在两个先天不足:
  (1)储量小,开采条件差,经过多年开发利用后,必然导致资源匮乏,价格昂贵,难以满足大规模工业生产的需要;
  (2)受结晶环境变化的影响,矿物晶体化学成分不稳定,在大批量工业应用中导致原料化学成分波动较大,原料标准化困难,难以满足高纯石英高端产品生产的需要。
  因此,必须从其他石英矿物资源入手,从根本上解决高纯石英原料问题,这正是当前国内外的基本技术思路。
  
  2、其他国家如何选择高纯石英原料?
  日本于20世纪90年代,采用细粒伟晶岩为原料加工透明的高纯石英。
  俄罗斯和德国则采用脉石英和变质石英岩为原料加工高纯石英。
  美国PPCC公司于20世纪80年代,采用英国西北海岸Foxdale地区花岗岩加工高纯石英,作为西欧石英玻璃的原料,其产品SO2纯度为4N,Fe含量<1×10-6,其他杂质元素含量<5×10-6
  美国尤尼明公司于20世纪90年代开始,对北卡罗来纳州Spruce Pine地区的伟晶花岗岩开展了卓有成效的开发利用,已开发出IOTA-STD(标准级)、IOTA-4、IOTA-6、IOTA-8等高纯石英系列产品,几乎垄断了国际市场,并成为国际标准。
 
尤尼明IOTA高纯石英砂技术指标!
尤尼明高纯石英砂

  由此可以看出,除天然水晶外,上述6种成因的石英矿物资源中,脉石英和花岗岩石英是替代天然水晶、加工高纯石英中端和高端产品的理想原料。
  
  3、高纯石英原料的选择标准是什么?
  依目前的加工技术水平,并不是所有的脉石英和花岗岩石英都能够加工高纯石英,能够加工高端产品的只是极少数,甚至是极个别。
  也就是说,选择脉石英或花岗岩石英只是选对了大方向,并不能解决具体原料选择这一关键问题。
  主要原因是:
  脉石英和花岗岩存在多种细分成因类型,而且受成矿地质条件的影响;
  同一成因类型的脉石英和花岗岩的矿物学、岩石学、矿床学特征差别也较大。
  据介绍,美国尤尼明公司对高纯石英原料是精挑细选,要求十分严格。
  尤尼明石英原料选择标准:
  一是晶体结构中杂质最少的石英,如IOTA-STD铝含量(14-18)×10-6,IOTA-4铝含量(8-10)×10-6
  二是气液包裹体少的石英,如伟晶花岗岩和水晶。
  实践表明:原料中杂质元素含量高低与其质量优劣并不是简单对应关系,而是与原料工艺矿物学特征所决定的杂质可选性有关。
  例如,美国Spruce Pine伟晶岩样品的杂质元素含量相当高,但却是IOTA高端产品的原料。
  
  4、中国高纯石英技术为什么落后?
  我国面临的技术困惑是:很难将尤尼明这种标准应用于原料选择的实际工作中。
  主要原因是:高纯石英的SO2纯度极高,杂质元素含量很低,而原料中杂质元素含量通常都较高,难以根据化学成分检测数据对原料优劣进行正确判断。
  目前,由于我国缺乏高纯石英原料评价与选择技术,对于高纯石英原料选择及其加工工艺还存在较大的盲目性。
  例如,以往认为采用SO2纯度2N左右的石英矿物原料就能够加工高纯石英,并投入了较大的人力、物力和时间,造成了较大的浪费。这是我国高纯石英技术处于相对落后状态的重要原因之一。
  显然原料评价与选择技术是高纯石英技术的基础和前提,是我国高纯石英技术发展必须突破的技术瓶颈。
  为此,必须加强高纯石英矿物资源的矿物学、岩石学、矿床学研究,重点研究原料的化学成分、有用矿物(石英)、有害矿物、结构构造、石英包裹体等工艺矿物学特征,查明原料杂质分布及其赋存状态及其对高纯石英应用的影响与机理,为高纯石英矿原料选择技术和矿产资源探测提供科学依据。

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