[發明專利]一種以脈石英為原料加工4N高純石英的技術

有效

• 申請號: 201210423180.5
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102887521A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 汪靈;段炯然;王艷;李彩俠;黨陳萍
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種以脈石英為原料加工4N高純石英的方法，以脈石英為原料，采用H₂SO₄為酸浸試劑，以及二次水淬和酸浸優化工藝，提純加工w(SiO₂)＞4N（99.99%），w(Fe)＜10×10^-6，粒徑分別為-40目、40-70目、70-140目和-140目的高純石英，適用于一種以脈石英為原料的4N高純石英的加工。

背景技術

2.1?高純石英概念

石英，化學式SiO₂，是α-石英（低溫石英）和β-石英（高溫石英）的總稱，未加說明時，常指α-石英。石英是一種堅硬、耐磨、化學性能穩定的硅酸鹽礦物，通常為乳白色或無色，半透明狀，硬度7，性脆，無解理，貝殼狀斷口，油脂光澤，相對密度2.65，其電學、熱學和某些機械性均具有明顯的異向性。石英的化學性質穩定，不溶于酸（除HF），微溶于KOH溶液中，熔化溫度1710～1756℃，冷卻后即變為石英玻璃^[1]。

高純石英（high-purity?quartz）是生產單晶硅、多晶硅、石英玻璃、光纖、太陽能電池、集成電路基板等高性能材料的主要原料^[2]。高純石英砂主要應用在石英玻璃和IC的集成電路等行業，其高檔產品被廣泛應用在大規模及超大規模集成電路、光纖、激光、軍事和航天工業^[3]。高純石英的重要性還在于多晶硅用金屬硅的制備，使之成為晶硅及其太陽能光伏產業的關鍵原料。由于這些行業關系到國家的長遠發展，因此，高純石英的戰略地位非常重要，其高端產品的加工技術被美國、德國等所壟斷，并限制技術和產品出口^[3]。

高純石英是采用天然石英礦物資源加工的高端石英礦物原料產品，其主要特征是對SiO₂純度要求極高，幾乎不允許鐵、鈦、鉻、鋯、鋰、鉀、鈉等金屬離子和包裹體羥基（OH^-）存在^[4]。目前，對于高純石英產品還沒有統一的國家標準。有的將SiO₂含量＞3N叫高純石英，＞4N叫超高純石英^[5，6]；有的則將SiO₂含量為3N-5N叫高純石英，6N-7N叫超高純石英^[4]。綜合前人觀點^[5-9]和當前國際技術水平，汪靈等（2011）^[10]提出了高純石英一般概念，即高純石英系指w(SiO₂)≥3N-5N、w(Fe)＜10×10^-6的石英。需要說明的是，在高純材料中，通常采用N來表示純度^[11]。因此，汪靈等（2011）^[10]提出采用N來表示高純石英中SiO₂的含量或純度，即1N為w(SiO₂)?≥90%，2N為w(SiO₂)?≥99%，3N為w(SiO₂)?≥99.9%，如此類推。

目前，根據產品應用的不同，高純石英存在多個品種。一是按粒度分為40-70目和70-140目的高純石英砂^[5]，以及＜140目的不同粒度的高純石英粉。如表1所示，40-70目和70-140目高純石英砂產品具有更加廣泛的應用。一是按SiO₂純度分3N、4N、5N的高純石英砂/粉。如表2所示，美國尤尼明公司（UNIMIN?U.S.?Company）正是按SiO₂純度形成了IOTA高純石英系列產品。

表1?石英砂產品及規格（根據[5]，略有修改）

表2?美國尤尼明公司高純石英IOTA系列產品的主要質量指標(×10^-6)^[3]

2.2?我國高純石英加工技術現狀

高純石英一般選用天然水晶為原料，再經過精選提純加工后，才能達到質量指標要求。但是，在世界范圍內，高品級石英原料緊缺，天然水晶儲量逐年減少，價格昂貴，并逐漸趨向枯竭^[12-14]?。因此，采用其它硅質礦物資源替代天然水晶石具有非常重要實際意義。