中國粉體網(wǎng)訊  隨著全球范圍內(nèi)天然水晶和高品質(zhì)石英礦脈的逐漸枯竭，而高純石英砂需求存在缺口，資源短缺成為制約高純石英行業(yè)發(fā)展的重要因素。但囿于現(xiàn)實(shí)條件，行業(yè)目前沒有快速解決短缺的方案。化學(xué)合成石英砂逐漸得到重視和研究。

高純合成砂的制備方法分為氣相合成法、化學(xué)沉淀法、溶膠-凝膠法、液相水解法、微乳液法和氟硅酸提取法等。

氣相合成法

氣相合成法即火焰水解法，采用硅或有機(jī)硅的氯化物（如SiCl₄，CH₄SiCl₃等）原料，將其氣化后與氫氣、氧氣或氧化劑混合，在高溫下發(fā)生水解形成霧狀的SiO₂，最后通過冷卻、分離、脫酸等氣固分離得到石英砂粉末。

氣相合成法制備SiO₂流程圖

此方法合成條件易控制，速度快，適用于大規(guī)模生產(chǎn)，但副產(chǎn)物HCl會(huì)腐蝕設(shè)備，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求嚴(yán)格。

化學(xué)沉淀法

采用硅酸鈉/鉀與二氧化碳或酸溶液（鹽酸、硫酸或硝酸）作為原料，在一定的合成溫度和表面活性劑的作用下混合反應(yīng)，得到偏硅酸沉淀，再經(jīng)過濾、洗滌、干燥、煅燒工藝制備出SiO₂。

化學(xué)沉淀法制備SiO₂流程圖

該生產(chǎn)工藝具有操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，原料易得等優(yōu)點(diǎn)。由于反應(yīng)體系濃度低、沉淀速度快，導(dǎo)致產(chǎn)品粒徑不易控制，且受原料中Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺的影響，產(chǎn)品純度難以提高。

溶膠-凝膠法

以無機(jī)鹽或有機(jī)硅烷為原料，以醇作為共溶劑，加入酸或堿作為催化劑，進(jìn)行水解，縮聚反應(yīng)，形成含硅凝膠，對(duì)凝膠進(jìn)行老化、脫水、干燥、煅燒等處理，得到合成石英砂。

該方法生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備材料要求不嚴(yán)格，制備的SiO₂純度高、均勻度好。但是成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，且過程中可變因素較多，難以準(zhǔn)確控制。

液相水解法

利用四氯化硅與水接觸發(fā)生水解、縮聚反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、過濾、干燥、煅燒、篩選等工藝，制備出合成石英砂。

由于四氯化硅和水發(fā)生的水解和縮聚反應(yīng)劇烈，中間過程難以控制，形成的產(chǎn)品易團(tuán)聚。

微乳液法

將水和烷烴類非極性溶劑混合，在乳化劑、穩(wěn)定劑等助劑作用下形成W/O或O/W乳液，選用合適的有機(jī)硅烷前驅(qū)體在乳滴中水解縮合，形成二氧化硅顆粒，將所得產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、烘干、煅燒等工藝，得到合成石英砂粉末。

氟硅酸提取法

氟硅酸是磷酸和無水氫氟酸生產(chǎn)的副產(chǎn)品，用以生產(chǎn)氟硅酸鹽、氟化鹽、氟硼酸酸鹽、無水氟化氫、四氟化硅等。現(xiàn)也用多種方式提取二氧化硅。

氟硅酸鹽法：氟硅酸精制后與氯化鈉反應(yīng)，生成氟硅酸鈉和稀鹽酸，清洗氟硅酸鈉，再和氫氧化鈉反應(yīng)，得到氟化鈉和二氧化硅。

氟硅酸氨化法：氟硅酸與氨反應(yīng)，生成氟化銨與二氧化硅。

氟硅酸濃硫酸法：用濃硫酸奪去氟硅酸中的水分，氟硅酸釋放出四氟化硅和氟

化氫，四氟化硅用水吸收，生成氧硅酸和二氧化硅。

當(dāng)前，高純合成石英砂在純度、羥基含量、粒度可控性、設(shè)備可靠性及產(chǎn)品一致性等核心指標(biāo)的調(diào)控上仍面臨顯著挑戰(zhàn)，工程化開發(fā)進(jìn)程受阻，導(dǎo)致其在部分領(lǐng)域短期內(nèi)難以替代天然高純石英砂。這些亟待突破的行業(yè)痛點(diǎn)，既制約了產(chǎn)業(yè)規(guī)�；瘧�(yīng)用，也凸顯了技術(shù)攻堅(jiān)的緊迫性，亟需專業(yè)力量從工藝優(yōu)化、設(shè)備升級(jí)、參數(shù)調(diào)控等維度深入剖析，為技術(shù)突破路徑與產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向提供清晰指引。

基于當(dāng)前技術(shù)瓶頸與產(chǎn)業(yè)需求，未來高純合成石英砂制造技術(shù)需針對(duì)性破局，朝著多工藝融合優(yōu)化、綠色低碳生產(chǎn)、智能化精準(zhǔn)調(diào)控及高端領(lǐng)域定制化四大方向邁進(jìn)。尤其是隨著人工智能與自動(dòng)化技術(shù)的深度滲透，通過搭建反應(yīng)過程數(shù)字模型，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并動(dòng)態(tài)調(diào)控溫度、濃度、反應(yīng)時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，有望攻克粒度不均、羥基含量難控等技術(shù)難題，進(jìn)而大幅提升產(chǎn)品批次一致性，推動(dòng)高純合成石英砂在更多高端領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)天然石英砂的替代。

2025年11月20-21日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2025第九屆全國石英大會(huì)暨展覽會(huì)”將在江蘇徐州召開，中建材衢州金格蘭石英有限公司的花寧副總經(jīng)理將做《高純合成石英砂制造技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)》的報(bào)告，屆時(shí)，他將結(jié)合公司在高純合成石英砂領(lǐng)域的實(shí)際研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)當(dāng)前行業(yè)關(guān)注的技術(shù)難點(diǎn)、制備工藝優(yōu)化方向以及未來發(fā)展趨勢(shì)等關(guān)鍵問題進(jìn)行詳細(xì)解讀，為行業(yè)同仁提供極具價(jià)值的參考與借鑒。

參考來源：

[1]花寧.半導(dǎo)體用合成高純石英砂技術(shù)進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)化

[2]李愛民等，高純合成石英的制備技術(shù)和應(yīng)用

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思）

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