【技术】一文了解石英砂岩如何制备高纯硅微粉

高纯硅微粉具有绝缘性好、热膨胀系数低、化学稳定性高等特性，被广泛应用于半导体原料、硅树脂原料、太阳能电池基片、光学玻璃电子封装材料等。

硅微粉通常是由天然石英或熔融石英（天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO₂）经破碎、提纯、研磨、分级等多道工艺加工而成的微粉。

以石英砂岩为原料，通过球磨擦洗、磁选等选矿提纯工艺制备高纯硅微粉，对于石英砂岩的开发利用具有重要意义。

1、石英砂岩分析

以四川江油某地石英砂岩为原料，进行矿物组成和化学成分分析。

（1）矿物组成

该石英砂岩中单晶石英的体积分数在95%以上，分选磨圆度较好，石英呈他形粒状，粒径主要集中在0.05-0.2mm范围内，裂隙内有脉石矿物充填，颗粒之间含少量黏土基质。

（2）化学成分

该石英砂岩中SiO₂纯度为99.47%，含量较高的杂质主要是Al₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂、K₂O、CaO、MgO，这6种主要杂质含量之和达到0.0603%。

该石英砂岩若直接磨细利用，产品的SiO₂含量仅达到普通硅微粉等级，必须通过相关工艺降低其他杂质元素含量，才能应用于电元器件和高压电器的绝缘浇注、环氧树脂灌封等行业。

（3）石英砂岩微区成分分析

石英砂岩主要由微细的石英晶粒组成，粒径大小在20-30μm，矿石含有Al、K、P、Ca和Ce等杂质元素，可能赋存于磷酸盐矿物或者黏土矿物中，通过球磨擦洗工艺可将其与石英晶粒解离。 　　

2、石英砂岩制备高纯硅微粉

（1）工艺条件

采用颚式破碎机破碎、筛分获得-0.20mm石英砂，经干式强磁选机（1.0T）磁选，初步除去石英砂中的磁性矿物和杂质；

经行星式球磨机磨矿擦洗，将石英砂磨细至预期粒度，擦洗除去石英表面的铁薄膜、黏土矿物等。行星式球磨机转速为600r/min，矿浆质量分数为50%，球磨时间为80min。球磨擦洗所得精砂中SiO₂含量提高至99.76%，白度由原矿的52.7%上升为86%，各杂质含量均有降低。

石英砂经过球磨擦洗，虽然在磨细的同时，SiO₂含量有一定提升，但还需要对硅微粉中的残余杂质进行酸浸处理，且采用混酸酸浸的提纯效果较为明显。酸质量分数为12%，草酸、硫酸、盐酸质量比例为2.5 : 3.75 : 3.75，液固比为3mL/g，温度为50℃，超声酸浸处理2h，烘干、分散得到高纯硅微粉。

（2）所得高纯硅微粉成分分析

石英砂岩经破碎、筛分、磁选、球磨擦洗、酸浸等选矿提纯后，得到的高纯硅微粉各指标成分如下：SiO₂ 99.95%、Al₂O₃ 0.0038%、Fe₂O₃ 0.0019%、K₂O 0.0008%、TiO₂ 0.0054%、CaO 0.0024%、MgO 0.0009%，白度为87.5%，完全可满足电工级硅微粉要求。

注：上表为电子及电器工业用硅微粉（SJ/T10675－2002）产品理化指标。

中国石英资源丰富，但真正能够生产高纯硅微粉的企业却相对较少，以石英砂岩为原料制备高纯硅微粉，对我国石英砂岩资源开发利用和打破高纯石英砂依靠进口的僵局具有非常重要的意义。

编辑整理：中国粉体技术网