中国粉体网讯 高纯石英具有耐高温、耐腐蚀、强度高、透光率高、热膨胀系数低等优异的物理化学特性，广泛应用于半导体、光纤通信、光伏、光学、电光源等领域，是战略性新兴产业的重要支撑且不可替代的材料。
高纯石英制备主要有物理化学加工提纯和化学合成等2种技术，由于目前中国可用作高纯石英原料的天然水晶日渐枯竭，已有的脉石英原料矿以中小型为主、加工提纯难度大，因此中国高纯石英原料矿高度依赖进口。
近年来，不少企业开始将目光放在化学合成法制备高纯石英上，开始布局高纯合成石英砂领域。
高纯合成石英的制备技术
气相合成法
气相合成法即火焰水解法，与气相白炭黑工艺类似，其原理是采用硅或有机硅的氯化物（如SiCl4或CH3SiCl3等)原料，将其气化后与氢气、氧气混合，在高温下发生水解形成雾状的SiO2，最后通过冷却、分离、脱酸等气固分离得到产品。 该法得到的产品为气相SiO2，粒径小于100nm，外观蓬松多孔，比表面积大，化学纯度高，分散性较好。
气相合成法制备SiO2流程图
气相合成法生产流程简单，合成条件易控制，反应速度快，适合大规模生产；由于过程中需要高温环境，反应生成的HCl会严重腐蚀设备，因此对生产设备的材质、加热形式等要求比较严格。由于气相法耗能大，加工成本较高，还需在反应条件与设备选型等方面进一步地探讨和研究。
化学沉淀法
化学沉淀法是合成石英粉体较为广泛的方法之一。沉淀法生产SiO2的原理：采用硅酸钠与二氧化碳或酸溶液（加盐酸、硫酸或硝酸）作为原料，在一定的合成温度和表面活性剂的作用下混合反应，得到偏硅酸沉淀，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧工序制备出SiO2。
沉淀法制备SiO2流程图
沉淀法制备合成石英具有操作方便，生产流程简单，原料易得，能耗低等优点；但是Fe3+、Al3+、Ca2+等杂质的存在会促成凝块的形成，严重影响产品的质量，导致产品性能差、纯度低、粒径大，易发生团聚；也存在着反应体系的浓度较低、沉淀速度快、沉淀过程不易控制的缺点；另外，废酸、废水的处理给环境带来一定的破坏。
溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是以无机盐或者金属醇盐（一般为硅酸乙酯）为原料，以醇作为共溶剂，加入酸或碱溶液作为催化剂，进行水解，缩聚反应形成SiO2凝胶，过滤并对凝胶中的有机溶剂进行洗涤，干燥、煅烧得到SiO2粉体。
采用溶胶-凝胶法制备SiO2，生产流程简单，合成条件易控制，对设备材料的要求不严格，且过程中无其他添加剂，所以制备出的SiO2纯度较高、均匀度好、比表面积大。但是，成本较高，生产周期长，工业化价值不大；另外，因为实验过程中可变因素较多，不能达到准确控制（如水解体系、干燥方式及烧结途径等），目前只停留在实验室小试阶段。
四氯化硅液相水解法
四氯化硅液相水解法的原理是SiCl4与纯水接触发生水解或缩聚反应，之后将反应产物经洗涤、过滤、干燥、煅烧、筛选等流程，制备SiO2粉体。采用SiCl4液相水解法制备高纯石英粉，由于原料中不含碳，故制备得到的SiO2粉体纯度较高、羟基含量较低。但是，在规模化生产过程中，四氯化硅与水发生的水解和缩聚反应剧烈，中间过程难以管控，粉体易团聚，形成的石英粉致密度较低。因此，为了满足产业化生产，该法仍需更深入地探究其工艺控制（如水解控制、干燥及烧结过程等），有效减少颗粒团聚现象的发生。
高纯合成石英砂布局企业
江瀚新材
2023年2月7日，江瀚新材表示，在超高纯6N级合成石英砂技术研发领域另辟蹊径，依托现有硅烷产品为原料合成超高纯6N级石英砂，金属离子总量＜0.1ppm，羟基含量＜60ppm，技术指标能够满足高端石英应用领域的需要，并可通过产业协同有效保障原料供应、控制成本。公司的6N级超高纯石英砂是一种通过合成工艺制备的高纯度石英砂，可用于生产包括石英坩埚在内的各种石英制品。
5月，江瀚新材表示，合成石英砂研发方面，中试工作正在顺利开展，公司已经在中试线上成功试制6N级石英砂，并根据检测结果，不断对生产工艺进行调整优化，以改善试制品品质和工艺性能，降低成本。
凯盛科技
2023年3月31日，凯盛科技表示，公司合成石英砂的主要工艺路线是从工业硅制备有机硅烷，再以溶胶-凝胶法，制备纳米级石英粉和微米级石英砂，产品纯度高，并通过相关元素掺杂，满足不同功能要求。项目前工段采用工业硅为主要原材料，制备有机硅烷，既能确保产品一致性，也能使产品具有更好的成本优势。公司开发的合成石英砂产品纯度可达6N-7N，目前正在建设5000吨生产线，主要目标市场是芯片的抛光材料、光伏用坩埚材料、半导体用封装材料和制作材料等。
9月28日，凯盛科技表示，合成石英项目正按计划进行建设，预计今年年底左右设备安装完成，目前电子级硅溶胶、纳米球硅等样品已经通过客户相关测试，高纯砂等样品也给下游客户进行小样验证。公司合成石英砂项目建成后，用于半导体级别的产品主要对标国外，根据应用领域不同，目前市场价格在30万元/吨以上。
仕净科技
2023年5月4日，安徽仕净光能科技有限公司与无锡惟忻元电力有限公司签署了《战略合作协议》，双方共同合作并专注于高纯度石英砂的技术开发及产品研发。根据协议，双方建立合作机制，拟成立一家项目公司专注于研究开发及生产6N级别高纯度石英砂。其产品应用范围包括但不限于芯片的抛光材料、光伏坩埚材料、半导体用封装材料和医药制作材料等。
10月，仕净科技在互动平台表示，与无锡惟忻元电力合作的6N石英砂项目目前正按计划顺利推进。
参考来源：
李爱民等.高纯合成石英的制备技术和应用
李金超等.中国高纯石英产业链现状及发展建议
中国粉体网.高纯石英砂价格暴涨，合成砂能否成为有力替代？
集微网、金融界
（中国粉体网编辑整理/初末）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
