中国粉体网讯 随着高精尖产业的快速发展，高纯石英的需求量快速增长，并且对其质量要求也愈来愈高。生产高纯石英砂的方法主要有两大类：一是物理法，也叫机械粉碎法；二是化学合成法。目前高纯石英砂主要通过天然石英矿石提纯得到，产能与高品质矿源密切相关，高纯石英砂产业主要被拥有高品质高纯石英原料矿的海外企业垄断。
随着全球范围内天然水晶和高品质石英矿脉的逐渐枯竭，化学合成石英砂的工艺逐渐得到研究和重视。
合成石英砂的制备方法
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
该生产工艺具有操作方便，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。
溶解-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。
采用该方法制备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。
合成石英砂的应用
合成石英砂的生产不依赖于天然石英矿产，可通过化工工艺制备。又因为其纯度更高、光学性能更良等特性，除了在光伏、高端光学领域得到广泛应用以外，也符合半导体制程对石英制品高纯、无污染、耐高温的要求，尤其是随着半导体芯片线宽越来越窄，普通的天然石英材料已经无法满足高端生产工艺的要求。
半导体与光伏用石英制品类型基本一致，但与光伏相比，半导体用石英制品在纯度、表面颗粒物、尺寸精度等方面要求更为苛刻，最高级别纯度要求近6N，且需通过半导体设备厂商的认证，合成石英砂可满足此纯度要求。
2025年3月27日，由中国粉体网主办的“2025第三届集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”将在江苏东海召开，来自湖北菲利华石英玻璃股份有限公司的产品业务经理朱梦瑶，将做题为《合成石英砂的制备工艺及应用介绍》的报告，届时，她将结合菲利华产品研发经验，详细介绍合成石英的生产与制备。
参考来源：
张鹏远.合成石英砂工艺概况及几种石英砂的检测数据对比分析
李爱民.高纯合成石英的制备技术和应用
（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！
