中國粉體網(wǎng)訊  在半導(dǎo)體芯片、太陽能光伏等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中，高純石英是不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，其純度直接影響產(chǎn)品性能。近日，超純礦物新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院研發(fā)團隊成功攻克白崗巖型高純石英原料精細分離難題，相關(guān)技術(shù)成果已獲國家發(fā)明專利授權(quán)，為我國高純石英國產(chǎn)化生產(chǎn)開辟了新路徑。

高純石英：“卡脖子”材料的國產(chǎn)化困境

高純石英是指SiO₂純度達99.99%以上的石英砂，而半導(dǎo)體等高端領(lǐng)域所需的SiO₂純度需≥99.998%，且對Li、Na、Ca等元素含量有嚴格限制。長期以來，全球高端高純石英市場被美國北卡羅來納州Spruce Pine的白崗巖型資源壟斷，我國雖已能制備純度達標產(chǎn)品，但Ca元素含量與國際頂尖水平（如美國尤尼明公司IOTA-CG產(chǎn)品Ca<0.6ppm）仍有差距。

傳統(tǒng)提純技術(shù)面臨雙重挑戰(zhàn)：一方面，陽離子反浮選體系對長石捕收能力有限，且難以去除礦漿中CaF沉淀；另一方面，現(xiàn)有工藝產(chǎn)生的大量固廢無法有效處理，不僅造成環(huán)境污染，還導(dǎo)致資源浪費。

“定向浮選+多級酸浸”實現(xiàn)精準提純

研發(fā)團隊創(chuàng)新提出“云母、長石優(yōu)先浮選+CaF定向浮選”耦合工藝，通過多段物理化學分離手段，實現(xiàn)了雜質(zhì)的精準去除。該方法主要包括以下核心步驟：

1.破碎磨礦與磁選除鐵：將白崗巖原料破碎磨礦后篩分至-80~+200目，通過兩段高梯度磁選（第一段磁場強度1.2~1.5T，第二段1.7~2.0T）去除含鐵磁性物質(zhì)，獲得高純石英毛砂。

2.優(yōu)先浮選分離脈石：采用“一粗一掃”工藝浮選云母，“一粗兩掃”工藝浮選長石。通過調(diào)控pH值（云母浮選pH3~4，長石浮選pH2~3），搭配硅酸鹽類抑制劑（UP-1、UP-2）和陰陽離子捕收劑（NY-1、NY-2），實現(xiàn)云母、長石與石英的高效分離。

3.定向Ca浮選除雜：針對Ca元素設(shè)計堿性浮選體系（pH10~11），利用脂肪酸類陰離子捕收劑（NY-3）靶向吸附含CaF的石英顆粒，實現(xiàn)Ca元素的定向去除。

4.高溫酸浸深度提純：對石英精礦進行“兩次震蕩酸浸+煅燒水淬”處理。酸浸采用鹽酸、氫氟酸、硝酸的混合酸（質(zhì)量分數(shù)10%~20%），煅燒溫度控制在800~1200℃，最終獲得高純石英。

白崗巖型高純石英原料的精細分離方法的工藝流程示意圖

純度與環(huán)保雙突破

該技術(shù)制備的高純石英性能達到國際先進水平：SiO₂純度≥99.998%，Ca元素含量≤0.8ppm，Li、Na、K等雜質(zhì)元素含量均低于1ppm，完全滿足半導(dǎo)體、光伏等高端領(lǐng)域需求。

與傳統(tǒng)工藝相比，新方法優(yōu)勢顯著：Ca元素含量較傳統(tǒng)工藝降低50%以上，雜質(zhì)總量減少約16%，通過全流程資源綜合利用，解決了白崗巖提純過程中的固廢難題，避免環(huán)境污染的同時增加了云母、長石等副產(chǎn)品的經(jīng)濟價值，且首次將陰陽離子捕收劑聯(lián)合應(yīng)用于高純石英分離，突破了傳統(tǒng)陽離子體系對CaF吸附顆粒捕收能力不足的瓶頸。

傳統(tǒng)流程下石英精礦浮選后精礦顯微鏡下形態(tài)

該發(fā)明工藝流程下石英精礦浮選后精礦顯微鏡下形態(tài)

小結(jié)

該技術(shù)的突破對我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義：打破國外對白崗巖型高純石英的壟斷，為半導(dǎo)體、光伏等產(chǎn)業(yè)提供自主可控的原材料保障，帶動非金屬礦選礦技術(shù)進步，相關(guān)工藝或可拓展應(yīng)用于其他稀有金屬礦物的精細分離。

來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思)

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