美国尤尼明高纯度石英砂

石英深加工生产高纯石英粉37弓一7撮石英深加工生产高纯石英粉鼻简要介韶了石英填辑殛用石英生产熔炼水晶.用石英生产高纯石英砂作为熔炼水晶■羔立鲨《.’ 啊曼苎弭} ) 7 关. !譬一工《,石英是大宗的非金属矿 .主要用于玻c.活性硅檄粉经偶联工艺处理的硅璃、陶瓷建材 .铸造化工冶金等多种]业领域。

主要成分是S O z颜色从自其i,微粉 .其憎水性为( n) 0 4 3 mi6 5 0d.去离子硅微粉。

经酿浸去离子水乳白刊厥白。

度5― 2 8,莫氏硬度7’密5 . 5 .耐火. 5― 1 7℃,具有强甜酸性极好g1 0 7 0 6的电绝缘性冲洗后的硅微粉。

电导率(/ m ) S≤3 04 51 12按使用原料分 ..通常+0 1 7 . 4一 . 5 mm靛级的石英称§1为石英砂，而将一0 t 7 . 4 m埘为石英称a二氧亿硅硅檄粉(晶型硅微粉) 结。

原料为石英含水量O 1矗密度为 2 6 呼，.5±O.粉近年来对石英深加工产品―一石英砂与石英粉的利用十分受凡关注，本文将对此进行阐述。

0 .奠氏硬度7 i含量≥ 9 .O。

' 5,S O: 94嘶b.方石英硅微粉(结晶墅硅般粉)。

原料为人工方石英。

含水量0 1,密度为 .嘶2. 3± 0 8.l石英的用途{ j0 .奠氏硬度6 0 5 .。

一.c.熔融石英粉(定形硅檄粉)原料无。

近年来，世工蒋l质石英蘑成的微粉优楚名为硅微辫 .磋搬粉是中l 壳机填料 .含性不为熔融石英，密度2 2 O O .奠氏硬度 . 04 . 6 -e. 5结晶水.不参与被充填物酌艳学匣应，是一种非常稳的矿物填科 .广泛件于塑料橡]胶、树脂胶结剂和涂料中硅微粉作为填1 1 3按应用特性分 ..a.母料填料(非功能性填料)与高分。

功能性填科。

有特殊功效 .如电绝具早化台物混合，充当填料。

b.料可大量节省原料 .傩如树脂的成本与硅触粉的成衣关系为1.而硅徽粉在树脂中的填A量可遥 2 ‘ 5嘶D 0缘懂阻燃性耐磨蚀性、防腐性等’2苕羹尊辩韵鼍让掌性质粤立用藏暴 .t暑薹囊稿的-羹分1 1 1按耐工方式分 ..a.-的关系1 2 1细度与颗粒形状 ..填料粒径愈小 .其表面积愈大 .高分子普通硅微耔。

第一章总论1.1项目背景1.1.1项目名称《合浦沪天高岭土有限责任公司高岭土尾矿综合利用年产30万吨石英砂项目可行性研究报告》1.1.2建设单位概况合浦沪天高岭土有限责任公司成立于2005年5月，是一家从事高岭土矿开发和深加工的合资企业。

公司注册资金为1138.53万元。

经营范围：高岭土矿露天开采并进行高岭土矿石的洗选、烘干、打粉、包装等加工作业，销售自产产品。

目前企业已建成年产六十万吨陶瓷土和年产5.4万吨干粉产品的生产线。

公司现有员工283人，其中管理人员50人、专业技术人员20人，2010年实现利润4235万元。

1.1.3 编制单位武汉理工大设计研究院1.1.4研究报告编制依据1.委托书（附件一）；2.项目环保评价（附件二）；3.国有土地使用证（详见附件三）；4.采矿许可证（详见附件四）；5.《合浦沪天高岭土有限责任公司高岭土尾矿石英砂选矿试验报告》（详见附件五）。

1.1.5项目提出的理由与过程石英砂是硅酸盐工业的主要原料，随着我国国民经济的迅速发展，对平板玻璃的需求量日趋增加，特别对档次高、质量好的优质浮法玻璃原片的需求量缺口更大。

合浦沪天高岭土有限责任公司目前每年开采的高岭土矿量达70万吨以上，生产中排出的尾矿约40万吨以上，加上历年尾矿的堆存，现今总尾矿量约200万吨，这些尾矿的堆存地方，不仅占用大片土地，同时还要增加尾矿搬运的巨额费用，这就将成为企业发展的沉重负担。

该公司拥有的高岭土资源中伴生有石英石矿石，这部分伴生矿石随着高岭土的生产均作为尾矿处理。

经过对尾矿矿石多个品种的含量、矿石结构构造、嵌布粒度等特征的分析结果，发现其矿物成分主要为石英石矿，大部分为纯度高、铁质等杂质含量低，属优质的石英砂。

最后再通过矿石选验试验研究，采用擦洗、洗矿、磨矿、筛分分级后进行重——磁——浮联合流程选别，最终获得优质的石英砂产品，从而为从高岭土尾矿中综合回收石英砂提供了可靠的工艺技术方案。

本项目设计采用的选矿工艺流程是依据尾矿选矿工业试验结果推荐的流程进行的。

石英的物理和化学性质稳定，是一种重要的矿产资源，被广泛应用在冶金、玻璃、陶瓷、铸造、建筑、化工、光学和装饰等传统行业。

高纯石英是自然界产出的（如水晶）或由较纯净石英原料加工而成的高品质石英，是某些高新技术产业生产所必需的原料。

石英在自然界中的分布十分广泛，成因多种多样，目前石英矿物资源的主要类型有天然水晶、脉石英、花岗伟晶岩石英、石英岩、石英砂岩、粉石英、天然石英、石英砾岩等。

目前，能够用作高纯石英原料的矿床工业类型有天然水晶、脉石英和花岗伟晶岩石英等。

1、天然水晶天然水晶是一种无色透明的石英结晶体矿物，主要成分为SiO2，我国的天然水晶分布广泛，几乎在每个省区都有产出，目前以江苏东海最为有名，在海南屯昌、贵州罗甸、黑龙江通河、四川康定、福建政和、黑龙江伊春、云南富宁和广西百色等地均有分布。

但我国天然水晶矿床规模小，储量少，探明的各类水晶资源不多，据自然资源部发布的《全国矿产资源储量通报》，截至2019年我国查明的水晶资源总量为6648.526t，但保有量仅有175.52t，经过30多年的开采，我国的天然水晶资源已逐渐枯竭。

用途：高纯石英最初以一、二级天然水晶为原料，再经精选提纯加工而成。

但天然水晶储量小、开采条件差，资源匮乏，价格昂贵，难以满足大规模生产的需要；另外，受形成环境变化的影响，矿物晶体化学成分不稳定，在大批量的工业应用中导致原料化学成分波动较大，原料标准化困难，难以满足大批量、稳定化高纯石英高端产品的需要。

因此，目前天然水晶主要用作水晶工艺品原料。

同时，质地纯净的天然水晶仍然用作生产光学水晶材料和压电水晶材料的原料。

2、脉石英脉石英是一种几乎全部由致密石英块体组成的脉体，白色、乳白色，多呈粒状结构，SiO2含量通常在98%左右。

脉石英矿体呈不规则脉状，长度一般十几米至几百米，宽度一般为几米，一个矿区可由单条矿脉或多条矿脉组成，脉体倾角较陡。

矿床规模一般不大，但与天然水晶相比，其资源储量较为丰富、开采条件较有优势。

全球及中国高纯石英砂行业市场现状分析一、石英产业链石英的工业应用十分广泛，是重要的工业矿物之一。

石英产业链以SiO2为主要原料制成石英制品，普通石英砂主要用于生产玻璃制品、陶瓷制品、机械制品等；高纯石英砂主要用于生产天然石英玻璃，广泛应用于半导体、航空航天等高端制造产业，具有较高的附加值。

高纯石英最初是从一、二级天然水晶中深度提纯得到的，天然水晶制备高纯石英砂工艺较为简单，水晶原矿经过粉碎、磁选、浮选、酸浸、干燥、焙烧后得到成品石英砂，但目前我国水晶资源逐渐匮乏，成本越来越高；且生产过程中杂质含量高、能耗高、产品质量稳定性差。

高纯石英是SiO2纯度大于99.9%的石英系列产品总称，按SiO2含量和有害杂质含量可分为低端产品、中端产品、高端产品。

按SiO2纯度高纯石英产品划分：低端ω（SiO2）≥99.9%（3N），中端ω（SiO2）≥99.9%（4N），高端ω（SiO2）≥99.998%（4N8）。

按产品中Al、B、Li、K、Na、Ca、Mg、Ti、Fe、Mn、Cu、Cr、Ni等杂质元素总量划分：低端产品≤1000×10-6；中端产品≤100×10-6；高端产品≤20×10-6。

二、全球高纯石英砂行业市场现状分析2014年以来，全球能够加工成SiO2含量≥99.9%高纯石英砂的资源量呈减少趋势随着战略性新兴产业快速发展，其需求量持续增长，使全球高纯石英原料资源量持续减少。

2014年全球能够加工成高纯石英原料资源储量10354万吨，截至2019年，减少至7287万吨，减少率达到29.62%。

20世纪80～90年代，美、日、德等少数发达国家采用脉石英、花岗岩石英加工高纯石英，如日本和美国采用花岗岩石英，俄罗斯和德国用脉石英和变质石英岩加工高纯石英，全球能够加工成高纯石英原料资源分布较少，且不均匀。

近年来全球生产SiO2含量≥99.9%高纯石英砂产能逐年增长，据统计，截至2019年全球生产SiO2含量≥99.9%高纯石英砂产能为173.14万吨/年，同比增长1.3%。

【试验研究】合成石英砂工艺概况及几种石英砂的检测数据对比分析张鹏远1，万　烨1,2，刘见华1,2，杜俊平1,2，高　磊1，曹俊英1(1 洛阳中硅高科技有限公司 河南 洛阳　471000；2 中国恩菲工程有限公司 北京　100036)【摘　要】高纯石英砂主要应用于单晶硅制造工艺中的石英坩埚，高端光学玻璃，半导体等领域。

大致分为天然砂和合成砂两类，合成砂由于纯度更高，成分可控等优势，更适合于半导体以及更高要求的工艺制程。

合成砂的生产不依赖于天然矿产，能缓解我国缺少高品质石英矿的现状，国内对于合成砂的研究还处于起步阶段。

本文经过对比天然石英砂、进口合成砂、国产实验室合成砂的各项检测结果，可以指导不同应用条件下的砂选型。

研究过程中，发现了可以通过X 射线衍射法区分天然砂和合成砂的方法，并列举了粒径、杂质、粒型等检测数据对比。

【关键词】高纯石英砂；天然石英砂；合成石英砂；石英砂检测【中图分类号】TD973.3 【文献标识码】A 【文章编号】1007-9386(2024)02-0055-05Synthetic Quartz Sand Process Overview and Comparative Analysis of SeveralQuartz Sand Detection DataZHANG Peng-yuan 1, WAN Ye 1,2, LIU Jian-hua 1,2, DU Jun-ping 1,2, GAO Lei 1, CAO Jun-ying 1(1. China Silicon Corporation Ltd. LuoYang, 471000, China; 2. China ENFI Engineering Co., Ltd Beijing, 100036, China)Abstract: High-purity quartz sand is mainly used in the manufacturing process of single crystal silicon, such as quartz crucibles, high-end optical glass, semiconductors, and other fields. It is roughly divided into natural sand and synthetic sand. Due to its higher purity and controllable composition, synthetic sand is more suitable for semiconductor and higher-demand process manufacturing. The production of synthetic sand does not rely on natural mineral resources, which can alleviate the current situation of a lack of high-quality quartz mines in China. However, domestic research on synthetic sand is still in its infancy. This article compares the testing results of natural quartz sand, imported synthetic sand, and domestic laboratory synthetic sand, which can guide the selection of sand under different application conditions. During the research process, it was found that the method of distinguishing between natural sand and synthetic sand can be achieved through X-ray diffraction. and listed the comparison of particle size, impurities, particle shape, and other testing data.Key words: high-purity quartz sand; natural quartz sand; synthetic quartz sand; quartz sand testing1　高纯石英砂概况目前高纯石英砂主要通过天然石英矿石提纯得到，产能与高品质矿源密切相关，高纯石英砂(二氧化硅纯度＞99.998%)产业主要被拥有高品质高纯石英原料矿的海外企业垄断。

生产高纯石英，需要这样去除气—液杂质高纯天然石英是生产透亮石英玻璃、石英坩埚的原材料，而影响天然石英质量的重要杂质有矿物杂质、元素杂质和气—液杂质，其中气—液杂质的含量是影响石英玻璃诸多性能的决议性因素，也是高纯石英除杂的重点和难点。

1、气—液杂质对高纯石英有哪些影响？石英原材料中气—液杂质的含量重要影响石英玻璃的透亮度，由气—液杂质含量高的原材料所熔制的石英玻璃会带有一些气泡和其他缺陷。

气体和水共同作用会影响石英玻璃的软化温度、粘度、扩散系数、机械性能、分相和析晶性能等。

在全部的气体杂质中，水是最重要的杂质，尤其是高温水的含量对石英玻璃质量的影响最大，是造成石英玻璃中气泡、气线等缺陷的重要原因。

2、气—液杂质在高纯石英中的存在形式有哪些？天然石英原材料中的气—液杂质含量取决于其地质成因及提纯工艺。

石英中的气—液杂质存在于石英颗粒的表面，以包裹体（宏观和微观）及分子形式溶解于固体石英中。

▲石英中的气液包裹体显微照片水是天然石英中的重要气—液杂质，对水来说，有水分子和羟基2种存在方式，其中对于高纯石英玻璃质量影响最大的是天然石英中高温水（600～1400℃脱除的水称为高温水）的含量。

依据天然石英中高温水的含量可将天然石英分为3个级别:（1）优级，高温水的含量小于2023—6；（2）1级，高温水的含量为（20～40）10—6；（3）2级，高温水的含量大于4010—6。

当天然石英中高温水的含量高于8010—6时，不能用来生产透亮石英玻璃。

3、如何定量分析天然石英中的气—液杂质？要想有效去除天然石英中的气—液杂质，就必需对其进行定量分析。

目前，分析石英中气—液杂质含量的方法有透光度、红外光谱、气相色谱分析等，但这些方法不能测出全部的气—液杂质。

采纳热动力解吸质谱分析法（装有离子气源和无油真空泵系统）则可以定量测出天然石英中各种气—液杂质的含量。

通过测试所得的数据，可以计算出不同温度下水在天然石英中的扩散系数，不仅能用来判定天然石英的质量，确定其能否用于生产透亮石英玻璃，而且还可以依据计算出的水的扩散系数确定脱除天然石英中气—液杂质所需的工艺条件，由于计算公式过于多而杂，在此不进行赘述。

2019年第4期广东化工第46卷总第390期 ·73 ·超纯石英玻璃用二氧化硅的环保型制备工艺研究张国君1，张寒1,2，黄若杰1，娄陈林1，吴学民1(1．湖北菲利华石英玻璃股份有限公司，湖北荆州434000；2．北京理工大学，北京100081) [摘要]低缺陷的超纯石英玻璃在航空航天、激光武器装备和半导体光电材料领域具有广泛的应用。

然而，受到我国合成石英原料的结构缺陷和杂质缺陷制约，我国在超高纯低缺陷的石英玻璃材料制备方面与国外先进水平一直存在差距。

本文使用化学气相沉积工艺，以有机硅八甲基环四硅氧烷为原料，经过精馏提纯，在氢氧火焰中水解生成二氧化硅颗粒。

本工艺使用环境友好型原料有机硅，生产过程中无有毒尾气产生，且制备的二氧化硅颗粒金属杂质＜1 ppm，可应用于高性能石英玻璃材料的熔融制备，满足我国国防军工行业对新型材料的迫切需求。

[关键词]石英玻璃；化学气相沉积；二氧化硅；环保型工艺[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2019)04-0073-02Study on Environmentally Friendly Preparation Technology of SiO2 for ultra-pureQuartz GlassZhang Guojun1, Zhang Han1,2, Huang Ruojie1, Lou Chenlin1, Wu Xuemin1(1. Hubei Feilihua Quartz Glass Co.,Ltd, Jingzhou 434000；2. Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)Abstract: Ultra-high purity and low defective quartz glasses have a wide range of applications in the field of aerospace, laser weaponry and semiconductor optoelectronic materials. However, due to the structural and impurity defects of synthetic quartz raw materials, the preparation techniques in China has been lagging behind those of many other developed countries. The chemical vapor deposition process was used in this patent to produce silicon dioxide particles by hydrolysis ofoctamethylcyclotetrasiloxane, which was purified by distillation before use, in the oxyhydrogen flame. The organosilicone is environmentally friendly and no toxic gas generates during the whole process. The prepared silica particles with the metallic impurities content< 1 ppm can be utilized in the preparation of high-performance quartz glass materials, which can meet the urgent need of the new material in China's defense military industry.Keywords: Quartz Glass；CVD；Silicon Dioxide；Environmentally Friendly Preparation石英玻璃主要是水晶石和超高纯SiCl4为原料熔制而成的玻璃。

国外高纯石英砂加工工艺现状一、国外主要生产技术状况分析——高纯石英制备方法一般分为提纯方法和合成方法。

提纯方法：原料可分为天然水晶和石英岩矿物，由于天然水晶资源逐渐枯竭，因此以石英岩矿物为原料深度提纯是行业的主流生产工艺。

合成方法：一般用于生产超高纯石英（杂质含量＜8ppm）和极高纯石英（杂质含量＜1ppm），制备方法可分为气相合成法、化学沉淀法、溶胶－凝胶法、四氯化硅液相水解法等。

最初高纯石英砂是由水晶加工而成，随着水晶资源的逐步枯竭，自上世纪70年代，美国等国家开始探索用普通石英代替水晶制备高纯石英砂，从天然岩石矿物提取高纯石英砂原料是目前世界上生产高纯石英砂的最先进技术。

美国的尤尼明公司是世界上最大的石英原料制造商及高纯石英砂的生产企业，其高纯石英砂提纯技术处于领先水平，特点是工业化产量大、制备专业化、自动化程度高、检测水平高、产品质量稳定。

——高纯石英砂提纯难度：难点在于对不同品位的矿进行提纯剔除杂质（尤其是金属杂质），均能获得符合要求的高纯石英砂（一致性和稳定性高的产品）。

生产环节的约束并不仅是在稳定的矿源供应，也在于提纯技术的积累。

另天然石英内部的杂质，特别是以类质同象状态存在的杂质，如Al、Ti、Li、B、P等杂质元素较难剔除。

对于某一种确定的矿体，尤尼明认为一般会存在提纯上限。

——高纯石英砂提纯法主要工艺流程为：原矿硅石经洗矿机洗去泥沙，破碎机粗破后，将合格石英料投入焙烧炉中，在850℃~980℃温度下焙烧6个小时，焙烧后将石英料拖入清水中进行水淬，再经人工拣选出去除杂质后送入破碎机进行破碎并过筛，再将通过筛网的石英砂送入磁选机，磁选后石英砂投入到配有HCl和HF混合酸的酸缸中浸泡一周，再经浮选、脱水、烘焙、冷却、包装，制得高纯石英砂。

——化学合成法说明。

技术路线包含气相合成法、液相合成法、氟硅酸法等。

合成石英具有纯度更高（6N）、光学性能更优等特性，正逐步成为7纳米以下的半导体产品生产中的替代材料。

一、项目介绍随着科学技术的进步,高科技用硅量大大增加,国内外市场需求旺盛,市场前景看好。

光电源、电子材料、光通讯、SiO2薄膜材料、激光、航天等高科技产业,对石英玻璃的需求量很大,供不应求。

但由于这些特种玻璃对原料要求很高,通常要求SiO2含量大于99.9%,甚至99.99%,而允许的杂质含量非常低,在用熔炼或冶炼方法生产这些专用玻璃时,通常选用天然水晶为原料。

然而,天然水晶资源日趋枯竭,使得国内外都在努力寻找替代品,其中最有希望的是用普通硅质原料制备高纯石英砂,以高纯或超纯石英砂替代水晶。

目前我国所需的高纯二氧化硅大部分依赖进口。

因此，采用石英砂提纯技术，获得高纯二氧化硅，是满足我国高技术领域对高纯硅需求的有效途径，对促进我国国民经济发展具有重要的意义。

二、项目调研情况2.1国内外生产情况2.1.1国外生产状况美国从上世纪七十年代初便开始投入大量资金和人力进行高纯石英砂的研发，经过十多年不懈努力，开发出从天然矿石提取制备高纯石英砂的先进技术。

由于高纯石英用途特殊，美国每年都有一定量的战略储备，且从不对外输出相关生产技术，只是出口产品。

俄罗斯、日本和德国等基本上可以实现自给。

除了巴西出口未经加工的水晶原矿外，世界高档石英玻璃原料即高纯石英砂90%以上出口市场被美国尤尼明公司垄断。

中国便是其产品出口国之一。

2.1.2国内生产状况目前，我国石英玻璃生产所用的中低档石英砂大部分是从水晶中制取的。

水晶在我国的储量很有限，且价格昂贵。

由于分布呈现不规则状态，质地不均匀，有些矿物杂质和工艺过程中的混杂物质不可能除掉，导致由水晶中生产的高纯石英砂批量小，质量也不稳定。

江苏连云港地区目前属于国内用水晶作原料制取高纯石英砂较为集中的地区，当地水晶料的致命弱点是软化点低，就水晶矿物的纯度而言，单一的一块、几块、几十块，甚至几十吨，基本上可以达到世界先进水平，但是大量的工业化生产，就很难保证矿物组织的均匀性和内在品质的化学含量的一致性。

石英行业相关标准1产品质量标准1.1D B43/T1167-2016高纯（SiO2≥99.997%）石英砂本标准适用于以天然石英矿物为原料，经酸浸、煅烧、水淬、烘干、粉碎、筛分、提纯、色选、磁选等工序加工而成的石英砂。

产品技术指标序号 技术指标 一级 二级 三级1 二氧化硅（SiO2），% ≥ 99.999 99.998 99.9972 铝（Al），mg/kg ≤ 6.79 12.49 19.993 钾（K），mg/kg ≤ 0.50 1.20 1.504 钠（Na），mg/kg ≤ 0.50 1.20 1.505 锂（Li），mg/kg ≤ 0.50 1.20 1.506 钙（Ca），mg/kg ≤ 0.55 1.00 1.007 镁（Mg），mg/kg ≤ 0.20 0.40 1.008 铁（Fe），mg/kg ≤ 0.20 0.30 0.609 钛（Ti），mg/kg ≤ 0.40 1.50 1.8010 铜（Cu），mg/kg ≤ 0.05 0.10 0.2011 钴（Co），mg/kg ≤ 0.05 0.10 0.1012 锰（Mn），mg/kg ≤ 0.05 0.10 0.1013 镍（Ni），mg/kg ≤ 0.05 0.10 0.1014 硼（B），mg/kg ≤ 0.05 0.10 0.2015 铅（Pb），mg/kg ≤ 0.05 0.10 0.2016 铬（Cr），mg/kg ≤ 0.05 0.10 0.2017 粒度（0.25mm—0.075mm），% ≥ 95.01.2G B/T32649-2016光伏用高纯石英砂本标准适用于光伏用高纯石英砂，产品用于多晶硅、单晶硅光伏生产用的扩散管、承载器及电弧法坩埚等石英制品。

外观：光伏高纯石英砂应为具有一定透明度的白色颗粒，无异色。

粒度：光伏用高纯石英砂的粒径应在70-350μm范围内，且在该粒径范围的累积质量分数应大于或等于90%。