高純石英砂采用高品位的石英石（SiO2含量大于99.80%）經(jīng)過選礦、顎碎、煅燒、水淬、錘破對輥破、篩分、磁選色選、酸洗、浮選、濕篩分、水洗、固液分離、烤砂、強磁選等工藝生產(chǎn)而成。
高純度石英砂產(chǎn)品從中低端到高端一般應(yīng)用路徑為光源行業(yè)（99.5%~99.99%）、高端光學(xué)器件、激光器件（99.99%以上）、到光纖通信、半導(dǎo)體、光伏、微電子等領(lǐng)域（99.995~99.9999%）。
近年來，隨著我國電子信息產(chǎn)業(yè)、電光源產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展、光伏產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長，石英制品行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值保持較快增長。
在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，石英是不可或缺的原料。幾乎所有工序從生產(chǎn)輔助部件到用于實際硅片加工的工具都或多或少的使用著石英制品。石英坩堝用于制造單晶硅環(huán)節(jié)，石英玻璃鐘罩用于光刻工程，石英管制作的石英舟和石英支架可以用于IC外延、擴散和光刻工程等。半導(dǎo)體行業(yè)的快速發(fā)展將帶動上游高純石英材料的需求增長。
在光纖通信領(lǐng)域，高純石英玻璃產(chǎn)品是光纖生產(chǎn)過程中的重要材料。廣泛應(yīng)用于光纖預(yù)制棒制成和光纖拉絲工藝中，其中芯棒的純度要求最高（大于5N）。光纖半導(dǎo)體市場對石英材料的純凈度、規(guī)格精度、質(zhì)量穩(wěn)定性要求高，國內(nèi)大部分石英制品生產(chǎn)企業(yè)不具備生產(chǎn)高純石英砂及電子級石英制品的能力，因此，目前國內(nèi)光纖半導(dǎo)體廠商仍以向國外企業(yè)進口石英制品為主。國際知名石英企業(yè)——賀利氏、邁圖、信越石英等占據(jù)了中國大部分光纖半導(dǎo)體應(yīng)用市場。光纖芯棒以及套管的制造原材料主要由尤尼明壟斷。目前光纖預(yù)制棒石英套管產(chǎn)品主要依賴進口，進口光纖石英套管成本較高，國產(chǎn)替代需求強烈。
目前，國家已經(jīng)制定了多項石英行業(yè)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)。例如對于光伏高純石英砂要求，具有一定透明度的白色顆粒，無異色；石英砂的粒徑應(yīng)在70~350μm范圍內(nèi)，且在該粒徑范圍的累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于或等于90%。粒徑小于100μm或大于300μm的累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)均應(yīng)小于1%。二氧化硅含量應(yīng)大于或等于99.99%，灼燒失量應(yīng)小于或等于0.01%；雜質(zhì)元素含量應(yīng)小于或等于25μg/g，其中鉀、鋰、鈉含量總和小于2.5μg/g等具體指標(biāo)。
Harben根據(jù)商業(yè)石英產(chǎn)品的純度，將加工后的石英按雜質(zhì)總量的多少進行分類，在該分類方案中，將雜質(zhì)元素總量低于50μg/g的石英定義為高檔石英材料，包括高純石英（雜質(zhì)元素總量：8～50μg/g）、極高純石英（雜質(zhì)元素總量：1～8μg/g）和超純石英（雜質(zhì)元素總量＜1μg/g）。其中，后兩者在自然界中匱乏或無，需要用純度較高的天然石英原料進行加工合成。
Müller等在研究挪威不同地區(qū)的藍晶石石英巖時，嘗試根據(jù)石英中Al和Ti的含量來判斷自然產(chǎn)出的石英能否作為高純石英。通常Al和Ti在石英中的元素含量較高，通過簡單的提純工藝很難將其除去，而精細(xì)的提純會增加生產(chǎn)成本，因此石英中的Al和Ti的含量是制約石英純度的主要因素。據(jù)此，當(dāng)石英中的Al和Ti的含量分別小于25ug/g和10μg/g的天然石英，可以歸結(jié)為為高純石英范疇。
值得注意的是，Harben對石英的劃分是基于商業(yè)石英產(chǎn)品的，難以適用于天然產(chǎn)出的石英。同時，石英中的雜質(zhì)元素有多種，每種雜質(zhì)元素在石英中的含量和對提純加工的影響不盡相同，因此有必要考慮主要雜質(zhì)元素含量的上限，而不單純的設(shè)置總量上限。Müller等提出的標(biāo)準(zhǔn)雖然可以適用于天然石英，并且主要考慮了Al和Ti含量的影響，但沒能充分考慮其他雜質(zhì)元素。
基于上述原因以及石英研究的進步，Müller等對評判標(biāo)準(zhǔn)進行了修正。修正方案主要考察了石英中主要的9種有害元素的含量，包括Na、K、Li、Al、Ca、Fe、Ti、B和P，每種雜質(zhì)元素含量允許的上限分別為Al＜30μg/g、Ti＜10μg/g、Na＜8μg/g、K＜8μg/g、Li＜5μg/g、Ca＜5μg/g、Fe＜3μg/g、P＜2μg/g和B＜1μg/g，同時這些元素的總量不能超過50μg/g，這樣的石英才能夠作為高純石英。Müller等的評價方案不僅適用于天然的石英，還適用于加工后的石英產(chǎn)品，具有更廣的適用性。另外，Müller等指出，石英的微量元素可通過原位分析測試得到，如EPMA、LAICP-MS或SIMS，這是為了避免受到外來礦物和包裹體的影響。理論上，原位分析測試得到的結(jié)果是晶格雜質(zhì)元素含量和亞顯微包裹體元素含量的疊加，如果原位分析顯示出石英的雜質(zhì)元素含量過高，那么天然石英提純成高純石英的潛力相對較小。
目前，可實現(xiàn)的規(guī)模化生產(chǎn)的最高的純度可以達到99.999%（5N）以上。其產(chǎn)品的價格與純度關(guān)聯(lián)緊密，低端產(chǎn)品二氧化硅含量為99.5～99.99%（2～4N），價格在600~800元每噸左右。中端產(chǎn)品的純度在99.995~9.999%（4~5N）之間。產(chǎn)品價格約為30000元每噸左右。而高端的5N以上的高純石英砂價格在60000元每噸，且市場供不應(yīng)求。
資料來源：《楊曉勇,孫超,曹荊亞,施建斌.高純石英的研究進展及發(fā)展趨勢[J].地學(xué)前緣:2021》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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