中國粉體網訊 高純石英具有耐高溫、耐腐蝕、強度高、透光率高、熱膨脹系數低等優異的物理化學特性，廣泛應用于半導體、光纖通信、光伏、光學、電光源等領域，是戰略性新興產業的重要支撐且不可替代的材料。
高純石英制備主要有物理化學加工提純和化學合成等2種技術，由于目前中國可用作高純石英原料的天然水晶日漸枯竭，已有的脈石英原料礦以中小型為主、加工提純難度大，因此中國高純石英原料礦高度依賴進口。
近年來，不少企業開始將目光放在化學合成法制備高純石英上，開始布局高純合成石英砂領域。
高純合成石英的制備技術
氣相合成法
氣相合成法即火焰水解法，與氣相白炭黑工藝類似，其原理是采用硅或有機硅的氯化物（如SiCl4或CH3SiCl3等)原料，將其氣化后與氫氣、氧氣混合，在高溫下發生水解形成霧狀的SiO2，最后通過冷卻、分離、脫酸等氣固分離得到產品。 該法得到的產品為氣相SiO2，粒徑小于100nm，外觀蓬松多孔，比表面積大，化學純度高，分散性較好。
氣相合成法制備SiO2流程圖
氣相合成法生產流程簡單，合成條件易控制，反應速度快，適合大規模生產；由于過程中需要高溫環境，反應生成的HCl會嚴重腐蝕設備，因此對生產設備的材質、加熱形式等要求比較嚴格。由于氣相法耗能大，加工成本較高，還需在反應條件與設備選型等方面進一步地探討和研究。
化學沉淀法
化學沉淀法是合成石英粉體較為廣泛的方法之一。沉淀法生產SiO2的原理：采用硅酸鈉與二氧化碳或酸溶液（加鹽酸、硫酸或硝酸）作為原料，在一定的合成溫度和表面活性劑的作用下混合反應，得到偏硅酸沉淀，再經過濾、洗滌、干燥、煅燒工序制備出SiO2。
沉淀法制備SiO2流程圖
沉淀法制備合成石英具有操作方便，生產流程簡單，原料易得，能耗低等優點；但是Fe3+、Al3+、Ca2+等雜質的存在會促成凝塊的形成，嚴重影響產品的質量，導致產品性能差、純度低、粒徑大，易發生團聚；也存在著反應體系的濃度較低、沉淀速度快、沉淀過程不易控制的缺點；另外，廢酸、廢水的處理給環境帶來一定的破壞。
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是以無機鹽或者金屬醇鹽（一般為硅酸乙酯）為原料，以醇作為共溶劑，加入酸或堿溶液作為催化劑，進行水解，縮聚反應形成SiO2凝膠，過濾并對凝膠中的有機溶劑進行洗滌，干燥、煅燒得到SiO2粉體。
采用溶膠-凝膠法制備SiO2，生產流程簡單，合成條件易控制，對設備材料的要求不嚴格，且過程中無其他添加劑，所以制備出的SiO2純度較高、均勻度好、比表面積大。但是，成本較高，生產周期長，工業化價值不大；另外，因為實驗過程中可變因素較多，不能達到準確控制（如水解體系、干燥方式及燒結途徑等），目前只停留在實驗室小試階段。
四氯化硅液相水解法
四氯化硅液相水解法的原理是SiCl4與純水接觸發生水解或縮聚反應，之后將反應產物經洗滌、過濾、干燥、煅燒、篩選等流程，制備SiO2粉體。采用SiCl4液相水解法制備高純石英粉，由于原料中不含碳，故制備得到的SiO2粉體純度較高、羥基含量較低。但是，在規模化生產過程中，四氯化硅與水發生的水解和縮聚反應劇烈，中間過程難以管控，粉體易團聚，形成的石英粉致密度較低。因此，為了滿足產業化生產，該法仍需更深入地探究其工藝控制（如水解控制、干燥及燒結過程等），有效減少顆粒團聚現象的發生。
高純合成石英砂布局企業
江瀚新材
2023年2月7日，江瀚新材表示，在超高純6N級合成石英砂技術研發領域另辟蹊徑，依托現有硅烷產品為原料合成超高純6N級石英砂，金屬離子總量＜0.1ppm，羥基含量＜60ppm，技術指標能夠滿足高端石英應用領域的需要，并可通過產業協同有效保障原料供應、控制成本。公司的6N級超高純石英砂是一種通過合成工藝制備的高純度石英砂，可用于生產包括石英坩堝在內的各種石英制品。
5月，江瀚新材表示，合成石英砂研發方面，中試工作正在順利開展，公司已經在中試線上成功試制6N級石英砂，并根據檢測結果，不斷對生產工藝進行調整優化，以改善試制品品質和工藝性能，降低成本。
凱盛科技
2023年3月31日，凱盛科技表示，公司合成石英砂的主要工藝路線是從工業硅制備有機硅烷，再以溶膠-凝膠法，制備納米級石英粉和微米級石英砂，產品純度高，并通過相關元素摻雜，滿足不同功能要求。項目前工段采用工業硅為主要原材料，制備有機硅烷，既能確保產品一致性，也能使產品具有更好的成本優勢。公司開發的合成石英砂產品純度可達6N-7N，目前正在建設5000噸生產線，主要目標市場是芯片的拋光材料、光伏用坩堝材料、半導體用封裝材料和制作材料等。
9月28日，凱盛科技表示，合成石英項目正按計劃進行建設，預計今年年底左右設備安裝完成，目前電子級硅溶膠、納米球硅等樣品已經通過客戶相關測試，高純砂等樣品也給下游客戶進行小樣驗證。公司合成石英砂項目建成后，用于半導體級別的產品主要對標國外，根據應用領域不同，目前市場價格在30萬元/噸以上。
仕凈科技
2023年5月4日，安徽仕凈光能科技有限公司與無錫惟忻元電力有限公司簽署了《戰略合作協議》，雙方共同合作并專注于高純度石英砂的技術開發及產品研發。根據協議，雙方建立合作機制，擬成立一家項目公司專注于研究開發及生產6N級別高純度石英砂。其產品應用范圍包括但不限于芯片的拋光材料、光伏坩堝材料、半導體用封裝材料和醫藥制作材料等。
10月，仕凈科技在互動平臺表示，與無錫惟忻元電力合作的6N石英砂項目目前正按計劃順利推進。
參考來源：
李愛民等.高純合成石英的制備技術和應用
李金超等.中國高純石英產業鏈現狀及發展建議
中國粉體網.高純石英砂價格暴漲，合成砂能否成為有力替代？
集微網、金融界
（中國粉體網編輯整理/初末）
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