由高纯石英砂制备的全透明石英玻璃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，是半导体集成电路材料、光导纤维、医用器皿、光学仪器、高纯多晶拉单晶及实验室耐强酸强碱设备等的不可或缺的重要材料。

我国20世纪有高档全透明石英玻璃以来，一直采用纯天然水晶来提取高纯石英砂原料，而上世纪末高档水晶资源严重枯竭,目前多以脉石英矿为原料,采用物理(浮选、煅烧等)与化学(酸浸)联合的方法对其进行精制，但在石英砂除杂过程普遍存在产品质量不稳定、能耗大、HF 等强酸污染严重的问题。且上世纪 90 年代以来,我国受号称“世界领先”的美国尤尼明(Unimin)公司高纯石英砂在进口数量和昂贵价格的控制。我国亟需优化高纯石英砂的制备工艺，简化工艺路线的同时还减少对环境污染，降低高纯石英砂的制备成本。

目前制备高纯石英砂过程基本都要用 HF、HNO3、HCI等无机强酸，它们通常价格比较昂贵，还对设备的腐蚀较严重，且这些酸特别是 HF、HNO;废液在后续中很难处理，将对生态环境造成极大污染。因此本实验以安哥拉石英矿为原料,在无氟无硝条件下,采用煅烧-微波-酸浸联合工艺手段去除石英中的 A1、Fe、Na、K、Ca、Mg、T 等金属杂质与气液包裹体，制备纯度为 4N 及以上的高纯石英砂。如能研究成功，将不仅从根本上解决生态环境保护和人身健康等问题，还可大幅度降低成本、节约能源、使我国相关高科技产业如半导体集成电路等实现良性循环等，具有非常好的经济效益。

以安哥拉硅矿物为例！

（1）安哥拉硅矿矿物特性研究

选取安哥拉硅矿为矿源，利用扫描电子显微镜、光学正反射偏光显微镜、X射线衍射分析、电子探针微区-能谱分析技术、傅里叶红外光谱对安哥拉石英原矿的表面形貌、伴随矿物种类、气液包裹体的分布规律及含量进行研究，采用TG-DSC 研究安哥拉石英矿的相转变温度，最后利用电感耦合等离子体光谱仪分析原矿样品中杂质元素含量。

（2）无氟无硝条件下煅烧和微波预处理工艺研究

分别采用煅烧和微波两种热处理手段对安哥拉石英的形貌变化、晶型转变、气液包裹体去除效果及传统酸 HCl-H2SO4 酸浸除杂效果进行研究，得出合适的煅烧条件和微波条件。探讨煅烧-微波-传统酸（HCl-H2SO4）酸浸联合工艺方法对安哥拉石英的除杂效果。

（3）无氟无硝条件下酸浸工艺及机理研究

在避免使用 HNO3、HF条件下，探讨有机环保酸 H2C2O4、CH3COOH 和易于后续废液处理的 H2SO4 这三种酸的单酸酸浸效果和混酸酸浸浓度比。研究酸浸液固比、酸浸温度和酸浸时间对酸浸除杂的效果，并对这三种酸浸条件设立正交实验，得出最佳酸浸条件，对比最佳条件下 H2C2O4-CH3COOH-H2SO4 酸浸与传统酸 HCl-H2SO4 酸浸对金属杂质的去除情况。探讨酸浸动力学，得出最佳酸浸动力学模型，计算出浸出表观活化能。进行浸出热力学分析，研究安哥拉石英中杂质与酸的反应程度及自发性。研究超声辅助酸浸对安哥拉石英砂的形貌、粒径、包裹体去除状况及金属杂质去除率的影响。

资料来源：侯清麟*，周方革，梁晓亮，陈平飞

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