高純石英砂是指二氧化硅（SiO?）含量通常在99.9%以上，甚至達(dá)到99.99%~99.999%的高純度石英材料，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏、光纖通信、光學(xué)儀器、航天軍工等高端領(lǐng)域。其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，需通過多道物理與化學(xué)提純工序，以去除鐵、鋁、鈦、鉀、鈉等金屬雜質(zhì)以及云母、長石等伴生礦物。以下是高純石英砂的典型生產(chǎn)工藝流程：

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一、原料準(zhǔn)備

原料來源：天然水晶、石英巖、脈石英或優(yōu)質(zhì)硅石。

要求：初始SiO?含量一般不低于99.3%，雜質(zhì)少、結(jié)構(gòu)致密。

預(yù)處理：人工揀選、沖洗，去除泥土、碎屑等表面雜質(zhì)。

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二、破碎與制砂

1. 粗碎：使用顎式破碎機(jī)將大塊石英巖破碎至20–50mm。

2. 細(xì)碎：采用圓錐破碎機(jī)或反擊式破碎機(jī)進(jìn)一步破碎至5–10mm。

3. 制砂/研磨：

濕式球磨機(jī)或棒磨機(jī)將顆粒研磨至0.1–0.5mm（約50–200目），使包裹在石英晶體內(nèi)部的雜質(zhì)暴露出來。

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三、篩分與分級

使用振動篩或水力分級機(jī)對石英砂進(jìn)行粒度分級。

去除過粗顆粒（>6mm）和過細(xì)泥質(zhì)（<0.1mm），確保粒徑均勻。

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四、物理提純（除雜）

1. 磁選：

利用強(qiáng)磁選機(jī)（磁場強(qiáng)度5000–7000高斯）去除鐵、磁鐵礦等強(qiáng)/弱磁性雜質(zhì)。

2. 浮選：

除云母：使用陽離子捕收劑。

除長石：采用氫氟酸+胺類組合藥劑，在酸性條件下浮選分離。

除含鐵礦物：特定浮選藥劑選擇性去除。

3. 重選（螺旋流槽）：

利用密度差異去除云母等輕質(zhì)雜質(zhì)。

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五、化學(xué)提純（深度凈化）

1. 酸浸（關(guān)鍵步驟）：

使用HCl+HF混合酸（有時(shí)加入HNO?或H?SO?）浸泡數(shù)天（通常3–7天）。

溶解金屬氧化物（如Fe?O?、Al?O?）及部分硅酸鹽礦物。

酸洗后需多次去離子水清洗至中性，徹底去除殘留酸和溶出雜質(zhì)。

2. 高溫煅燒（可選）：

常規(guī)煅燒（800–1200℃）：去除有機(jī)物、結(jié)構(gòu)水。

氣氛煅燒（氯氣或氯化氫氣氛）：實(shí)現(xiàn)氯化焙燒，揮發(fā)K、Na、Al等雜質(zhì)，是制備電子級高純石英的關(guān)鍵步驟。

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六、脫水與干燥

脫水：采用離心機(jī)或壓濾機(jī)去除水分。

烘干：在潔凈環(huán)境中用烘干機(jī)干燥至含水率<0.2%。

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七、包裝與質(zhì)檢

在潔凈車間中進(jìn)行自動包裝，防止二次污染。

產(chǎn)品需經(jīng)ICP-MS等高精度儀器檢測金屬雜質(zhì)含量，確保達(dá)到目標(biāo)純度等級（如光伏級、半導(dǎo)體級）。

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小結(jié)

高純石英砂的生產(chǎn)不僅是“破碎+清洗”的簡單過程，而是一個(gè)融合礦物加工、表面化學(xué)、高溫冶金和潔凈控制的系統(tǒng)工程。其中，酸浸和氯化焙燒是決定最終純度的核心環(huán)節(jié)，而原料品質(zhì)則是整個(gè)工藝成敗的前提。