一种高纯石英砂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高纯石英砂及其制备方法，涉及无机材料技术领域，本发明专利技术所述高纯石英砂中的U元素含量小于0.5ppb、Th元素含量小于1ppb，且所述高纯石英砂中的Al、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、P、Ti、Zn元素总含量小于40ppm；本发明专利技术得到的高纯石英砂与现有技术相比，除了Al、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、P、Ti、Zn等元素外，U、Th元素含量较低，用其制作成芯片，有利于减少芯片运行过程中放射元素导致的软错误。致的软错误。致的软错误。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯石英砂及其制备方法

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[0001]本专利技术涉及无机材料
，具体涉及一种高纯石英砂及其制备方法。

技术介绍
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[0002]石英(SiO2)是一种架状结构的硅的氧化物，α
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石英(低温石英，三方晶系)和β
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石英(高温石英，六方晶系)的总称，在自然界中分布非常广泛。α
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石英和β
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石英的转变温度为573℃，未加说明时，所谓的石英常指α
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石英。
[0003]高纯石英砂通常是指二氧化硅含量大于99.9％的石英，按SiO2纯度可将高纯石英产品划分为4个等级，即高端ω(SiO2)≥99.998％(4N8)，中高端ω(SiO2)≥99.995％(4N5)，中端ω(SiO2)≥99.99％(4N)，低端ω(SiO2)≥99.9％(3N)(参见“高纯石英的概念及其原料品级划分”，矿产保护与利用，2022年10月，第5期)。但未经加工的天然石英难以达到高纯石英的质量要求。也就是说，高纯石英是以天然石英矿为原料，经过比较复杂的提纯工艺加工获得的SiO2纯度极高的石英砂产品。同时，高纯石英砂还对产品粒度和矿物相等都有严格的要求。因此通常提到的硅微粉等非晶二氧化硅即便纯度很高，也不是高纯石英砂。
[0004]天然石英砂中的杂质元素主要包括Al、K、Na、Li、Ca、Cu、B、Fe、Mn、Co、Ti、P等，这些杂质元素中，一价、二价离子以填隙原子的形式存在于石英晶格中电荷不平衡缺陷处，作为补偿电荷，三价、四价、五价离子(类质同象杂质)主要存在于晶格内。为了去除石英砂中的杂质，本领域技术人员提出了多种工艺，张海啟等在“高纯石英中杂质特征及深度化学提纯技术研究进展”(矿产保护与利用，2022年8月，第4期)一文中记载了现有石英砂提纯技术，目前天然石英砂提纯的主要方法包括物理、化学两种方法。物理法提纯主要有色选、擦洗、重选、磁选和浮选等工艺，但气液包裹体和晶格内部类质同象杂质是主要的杂质来源，而这些杂质是制约高纯石英产品制备的关键性因素。物理法提纯无法去除这些杂质，需要进行化学法深度提纯。化学深度提纯主要包括酸(碱、盐)处理法和热处理法，酸(碱、盐)处理主要去除以包裹体形式存在石英砂颗粒表面或镶嵌于颗粒中的杂质，热处理法主要是利用高温去除包裹体或晶格中类质同象类杂质，例如高温爆裂、氯化焙烧。相对于物理提纯方法而言，化学提纯操作复杂、成本较高，但在制备高纯石英时，化学处理是最有效的，也是必不可少的。
[0005]但现有技术存在以下问题：
[0006]1)石英石在加工成高纯石英砂之前需进行酸洗、浮选、磁选、重选、高温水淬、氯化焙烧等步骤，工艺过程长，酸洗除杂效率低且复杂，除杂过程中容易引入外源性杂质，如铁、钠、铝等金属元素。
[0007]2)酸洗使用的氢氟酸、盐酸、硝酸的浓度高且用量大，酸洗时产生大量含氟、含氯废水，增加处理成本。
[0008]3)对于含量比较低的类质同象杂质，比如具有放射性的U、Th元素，上述酸洗去除效果不佳。

技术实现思路
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[0009]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种高纯石英砂及其制备方法，该高纯石英砂的杂质元素含量低，且制备方法简单易操作、生产成本低。
[0010]本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
[0011]本专利技术的目的之一是提供一种高纯石英砂，所述高纯石英砂中的U元素含量小于0.5ppb、Th元素含量小于1ppb。
[0012]所述高纯石英砂中的Al、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、P、Ti、Zn元素总含量小于40ppm。
[0013]本专利技术的目的之二是提供一种高纯石英砂的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)称取硼酸和二氧化硅，混合均匀；
[0015](2)将步骤(1)得到的混合料放入洁净容器中，高温煅烧使二氧化硅熔融，然后降温使二氧化硅从硼酸中析出；
[0016](3)将步骤(2)得到的物料冷却后取出，研磨分散，并用纯水清洗物料中的硼酸，直至EC＜10us/cm，干燥，得到高纯石英砂。
[0017]本专利技术的目的之三是提供一种根据前述的制备方法得到的高纯石英砂。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1、本专利技术得到的高纯石英砂与现有技术相比，除了Al、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、P、Ti、Zn等元素外，U、Th元素含量较低，用其制作成芯片，有利于减少芯片运行过程中放射元素导致的软错误。
[0020]2、本专利技术采用二氧化硅和硼酸(白色粉末状弱酸，熔点169℃)为原料，通过将二氧化硅熔融后在硼酸中析出，将杂质元素排出，得到纯度较高的高纯石英砂。与现有技术(酸洗、浮选、磁选、重选、高温水淬、氯化焙烧等步骤)相比，本专利技术提供的制备工艺简便易行，避免因工艺路线过长而引入外源杂质的风险，且废液仅为硼酸水溶液，易于回收。
[0021]3、从杂质去除效率看，与现有技术相比，本专利技术采用一种工艺可以将多种杂质元素同时去除，更为高效。
附图说明：
[0022]图1为实施例5所得样品的XRD图。
具体实施方式：
[0023]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。
[0024]本专利技术提供了一种高纯石英砂，所述高纯石英砂中的U元素含量小于0.5ppb、Th元素含量小于1ppb。
[0025]优选地，所述高纯石英砂中的U元素含量小于0.1ppb、Th元素含量小于0.1ppb。
[0026]所述高纯石英砂中的Al、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、P、Ti、Zn元素总含量小于40ppm。
[0027]本专利技术还提供了一种高纯石英砂的制备方法，包括以下步骤：
[0028](1)称取硼酸和二氧化硅，混合均匀；
[0029](2)将步骤(1)得到的混合料放入洁净容器中，高温煅烧使二氧化硅熔融，然后降温使二氧化硅从硼酸中析出；
[0030](3)将步骤(2)得到的物料冷却后取出，研磨分散，并用纯水清洗物料中的硼酸，直至EC＜10us/cm，干燥，得到高纯石英砂。
[0031]优选地，步骤(1)中所述二氧化硅为非晶二氧化硅、结晶二氧化硅中的至少一种。
[0032]优选地，步骤(1)中所述二氧化硅的纯度大于99％。
[0033]进一步优选地，步骤(1)中所述二氧化硅为纯度大于99.99％的二氧化硅。
[0034]优选地，步骤(1)中所述硼酸的纯度大于99％。
[0035]优选地，步骤(1)中所述二氧化硅与硼酸的质量比为(15～35):(65～85)。
[0036]优选地，步骤(2)中所述高温煅烧为在1000℃以上保温2～10h。
[0037]优选地，步骤(2)中所述降温为降至400～700℃保温2～10h。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯石英砂，其特征在于：所述高纯石英砂中的U元素含量小于0.5ppb、Th元素含量小于1ppb。2.如权利要求1所述的高纯石英砂，其特征在于：所述高纯石英砂中的U元素含量小于0.1ppb、Th元素含量小于0.1ppb。3.如权利要求1所述的高纯石英砂，其特征在于：所述高纯石英砂中的Al、B、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、P、Ti、Zn元素总含量小于40ppm。4.权利要求1
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3任一项所述的高纯石英砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取硼酸和二氧化硅，混合均匀；(2)将步骤(1)得到的混合料放入洁净容器中，高温煅烧使二氧化硅熔融，然后降温使二氧化硅从硼酸中析出；(3)将步骤(2)得到的物料冷却后取出，研磨分散，并用纯水清洗物料中的硼酸，直至EC＜10us/cm，干燥，得到高纯石英砂。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轲轲，蒋学鑫，常梦园，王韶晖，
申请(专利权)人：安徽壹石通材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：