[发明专利]制备高纯石英砂的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种制备高纯石英砂的方法，尤其是一种适用于石英坩埚的高纯石英砂的制备方法。

二、背景技术

石英玻璃因为它具有一系列特殊的物理、化学性能，如耐高温性能、热膨胀率极小性能、极佳的光谱特性能、耐酸性能和极好的电绝缘性能，石英玻璃被广泛地应用在制造集成电路中，石英玻璃的主要产品为大规模集成电路用高纯耐高温石英玻璃管、电弧法石英坩埚(太阳能级和半导体级)、光通讯用石英玻璃和电光源用石英玻璃。

石英玻璃的主要原材料是高纯石英砂，高纯石英砂具有极好的化学稳定性、高绝缘耐压能力和极低的体膨胀系数。是电子核心器件、光导通讯材料、太阳能电池等高新技术产业不可缺少的重要原材料，是生产石英坩埚、制造单晶硅棒容器、芯片的基础原料，高纯石英砂一般是指SiO₂，含量高于99.99％的石英粉，是石英玻璃和石英坩埚的主要原料，其高档产品被广泛应用在大规模集成电路、太阳能电池、光纤、激光、航天、军事等行业中。

特别是应用在石英坩埚中，石英坩埚是拉制单晶硅的消耗性器皿，每生产一炉单晶硅就用掉一只石英坩埚，因为单晶硅是生产大规模集成电路和太阳能电池的主要原料，所以对石英坩埚的要求十分苛刻，按照使用范围不同，石英坩埚可分为：太阳能级硅单晶坩埚和集成电路级硅单晶坩埚。石英坩埚的几何尺寸和外观是生产工艺确定的，而纯度是由原料确定的。石英坩埚用的原料要求纯度高、一致性好、粒度分布均匀，有害成分高时会影响坩埚的熔制，影响其耐温性，还会出现气泡、色斑、脱皮等现象，严重影响石英坩埚的质量，随着能源日益紧缺和环保的压力促使各国都掀起了开发、利用太阳能和可再生能源的热潮，开发和利用太阳能已成为各国可持续发展战略的重要组成部分，太阳能利用技术在研发、产业化、市场开拓方面都取得了长足的发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。

由于高纯石英砂关系到国家的长远发展，是一个国家高新技术可持续发展的必要条件，因此高纯石英砂的战略地位非常重要，其高端产品的制备技术被美国、德国、俄罗斯等少数国家所垄断、并限制技术和产品出口。我国石英砂的提纯和规模化开采目前依然处于艰难的探索阶段。随着国内太阳能电池产业的迅猛发展，预计未来五年内我国石英玻璃行业将保持15-20％以上的速度持续增长，我们预测至2012年我国石英玻璃用石英原料用量将达到20万吨，其中高档石英原料将占的比重越来越大。预计至2012年我国石英玻璃行业的总体市场规模将超过70亿元，其中高纯石英砂的缺口市场规模约在21亿元左右。这对我国高纯石英砂行业来说是一个机遇也是一个挑战。因此高纯石英砂是一种重要的原材料

最初高纯石英砂是由一、二级水晶加工而成，随着一、二水晶资源的逐步枯竭，自上世纪70年代，各国家开始探索用普通石英矿代替水晶制备高纯石英砂，到20世纪90年代，用普通石英已加工成了高档石英玻璃使用的石英粉。国外早在20世纪70年代就开始研究利用普通石英制备高纯石英砂的技术，目前美国处于领先水平，其特点是工业化产量大、制备专业化、自动化程度高、检测水平高、产品质量稳定现有的高纯石英砂被美国、德国、俄罗斯等少数国家所垄断。

我国从20世纪80年代末开始研究石英玻璃的普通石英原料，已经取得一定进展，所研究的产品能够达到二、三、四级水晶的水平，但是只适合于中、低档石英玻璃，高纯低羟基石英原料的技术距离世界先进水平还有一定的距离，还没有形成具有自主创新、自主知识产权的技术，工业化生产的石英玻璃原料纯度不能达到高纯石英砂玻璃原料的要求，高品质石英玻璃原料基本依赖进口，制约了我国石英砂玻璃行业的发展。