[发明专利]一种高纯石英砂的提纯方法及装置

说明书

为克服现有石英砂提纯工艺存在杂质残留，影响石英砂纯度的问题，本发明提供了一种高纯石英砂的提纯方法，包括以下操作：使用化学溶液浸泡石英砂，所述化学溶液包括酸液和/或碱液，浸泡后分离去除化学溶液；使用二氧化硅胶体浸泡石英砂，浸泡后分离去除二氧化硅胶体；得到提纯的石英砂。同时，本发明还公开了一种高纯石英砂的提纯装置。本发明提供的高纯石英砂的提纯方法利用二氧化硅胶体的强吸附能力和电荷作用能够有效去除石英砂中的杂质离子、分子，提高提纯后石英砂纯度，而且可以结合氯化焙烧等其他石英晶格杂质提纯步骤，实现半导体制造业所需的4N8、5N级别的超高档次高纯石英砂制取。

技术领域

本发明属于石英砂处理技术领域，具体涉及一种高纯石英砂的提纯方法及装置。

背景技术

高纯石英砂是石英矿石经物理(破碎、加热等)和化学(酸浸、碱浸等)处理后SiO₂含量在99.9％以上的颗粒状石英产品，在半导体、航空航天、光通讯、光伏等多个领域有广泛的应用。其中，高端应用领域对高纯石英砂的杂质含量要求通常比较苛刻，特别是半导体领域，需要所使用高纯石英砂的纯度达到4N8、5N超高级别。酸浸、碱浸等是现有技术提纯石英砂的关键步骤，主要原理是通过化学反应将石英砂中的杂质进行溶解，再通过过滤、清洗等步骤分离得到剔除杂质的高纯石英砂。但酸浸、碱浸等现有技术的直接提纯效果有限，难以满足高品质要求。一方面，石英砂中存在酸浸、碱浸等化学处理无法溶解的杂质，比如分布在石英中的部分微细的包裹体杂质、晶格中的类质同象杂质等，另一方面，酸浸、碱浸等化学处理会引入其他杂质离子，部分杂质离子难以通过清洗完全去除。因此，相关的高纯石英砂提纯技术有待提升。

发明内容

针对现有石英砂提纯工艺存在杂质残留，影响石英砂纯度的问题，本发明提供一种高纯石英砂的提纯方法及装置。

根据本发明提供的高纯石英砂的提纯方法，采用了二氧化硅胶体作为石英砂提纯的处理液，所述二氧化硅胶体为纳米级SiO₂微粒在水中均匀扩散形成的液相胶体，由于具有巨大的比表面积和表面能，且带有大量负电荷，因此能够有效地吸附各种微型杂质、分子、离子等。此外，Al³⁺、K⁺、Na⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ti⁴⁺等元素阳离子含量是影响高纯石英砂纯度的主要因素，而二氧化硅胶体带有大量负电荷，能够有效吸附这些阳离子杂质，提纯石英砂。同时，带走由化学溶液清洗过程中引入的离子杂质，利于深度提纯石英砂，且由于二氧化硅胶体本身为纳米级的SiO₂微粒的水分散体，在后续提纯的过程中即使残留有少量的二氧化硅胶体也不会影响石英砂的纯度，二氧化硅胶体中的水能通过蒸发或加热的形式去除，而残留的二氧化硅与石英砂的成分一致，不会引入新的杂质，从而避免了由于处理液导致的杂质引入，保证处理后石英砂的纯度。而且，本发明提出的方法可以结合氯化焙烧等其他石英晶格杂质提纯步骤，实现4N8、5N级别的超高档次高纯石英砂制取。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种高纯石英砂的提纯方法，包括以下操作：

使用化学溶液浸泡石英砂，所述化学溶液包括酸液和/或碱液，浸泡后分离去除化学溶液；

使用二氧化硅胶体浸泡石英砂，浸泡后分离去除二氧化硅胶体；

得到提纯的石英砂。

可选的，在“使用化学溶液浸泡石英砂”之前，还包括对石英砂进行预处理，所述预处理包括破碎、筛选、煅烧、水淬、粉碎、磁选和浮选中的一种或多种。

可选的，所述酸液包括硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸中的一种或多种，所述酸液中酸的质量浓度为10％～30％，酸液浸泡温度为50～150℃，酸液浸泡时间为2～6h；