專利名稱：電子工業(yè)用坩堝及內襯材料的高純石英砂的提純方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種提純方法，具體涉及電子工業(yè)用坩堝及內襯材料的高純石英的提 純方法。
背景技術：
半導體及電子工業(yè)用高純石英坩堝是半導體技術、光纖通訊、特種光源、航空航天 及國防軍工等高新技術領域的重要性器皿材料，低鋁、低硼、低堿石英坩堝則更是如此，生 產單晶硅必須使用高純低鋁石英坩堝，無可替代，它們支撐的產業(yè)達數萬億美元，生產高質 量高純石英坩堝，原料是關鍵。國際上從美國尤尼明公司IOTA系列超純石英砂質量指標表 可以看出，IOTA-標準鋁含量是16. 2ppm、I0TA-6鋁含量是8. 0ppm、I0TA_8鋁雜質含量的最 高標準為7. Oppm(售價太高)。而東?？h圣達石英制品公司經過與大專院校、科研院所依靠 科學研制出的高純低鋁石英坩堝原料的鋁雜質含量是7. 5ppm，這也是目前國際上高純石英 坩堝原料鋁雜質提純最高標準。本公司沒有批量生產，所以國內生產高純石英坩堝的原料 一直依賴進口，嚴重制約了我國相關高新技術產業(yè)的快速發(fā)展和技術提升。目前，低鋁、低 硼、低堿坩堝石英原料尚未見批量生產，若不能迎頭趕上世界先進水平，也勢必將制約我國 高新技術產業(yè)的更進一步發(fā)展和技術提升。從美國尤尼明公司IOTA系列超純石英砂質量指標表可以看出，IOTA-標準鋁含量 是16. 2ppm、I0TA-6鋁含量是8. Oppm, I0TA-8鋁雜質含量的最高標準為7. Oppm (售價太 高)。而東?？h圣達石英制品公司經過與大專院校、科研院所依靠科學研制出的高純低鋁石 英坩堝原料的鋁雜質含量是7. 5ppm，這也是目前高純石英坩堝原料鋁雜質提純最高標準。據科技查新，遼寧工學院的張士軒，2001年在其“石英礦物純化的研究”中“研究 了高溫HCL(g)法和HCL、HF酸法對去除石英礦物中雜質元素的作用效果，以及高溫HCL(g) 法反應時間同雜質含量的關系。結果表明，高溫HCL(g)法作用強度明顯大于HCL酸浸法， 并且當反應時間達到90分鐘時，高溫HCL(g)法對雜質的作用趨向極限。實驗表明，不論是 高溫HCL(g)法還是HCL酸法，對A1、B元素的作用均表現出低化學活性，說明A1、B是石英 礦物中最難去除的雜質。”
由此可見，研究半導體電子工業(yè)石英坩堝專用高純低鋁石英坩堝原料(鋁< 7. 5ppm)， 有利于縮小我國高純度半導體石英坩堝原料與國際先進水平的差距，形成擁有我國自主知 識產權的半導體級高純低鋁石英坩堝原料核心技術，對打破我國半導體及電子工業(yè)用高純 低鋁石英坩堝原料受制于人，提升我國高純石英坩堝制造水平，推動我國半導體電子工業(yè) 的發(fā)展都具有極其重大的社會經濟意義。半導體及電子工業(yè)用石英坩堝是太陽能、半導體電子技術、光纖通訊、特種光源、 航空航天及國防軍工等高新技術領域的重要性器皿，它們支撐的產業(yè)達數萬億美元，高純 石英坩堝及內襯材料一直依賴進口，嚴重制約了我國相關高新技術產業(yè)的快速發(fā)展和技術 提升。目前，國內高純石英坩堝及內襯材料尚未見批量生產，若不能迎頭趕上世界先進水 平，勢必制約我國高新技術產業(yè)的更進一步發(fā)展和技術提升。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種電子工業(yè)用坩堝及內襯材料的高純石英的提純方 法，依該提純方法生產高純石英，由高純石英生產電子工業(yè)用高純石英坩堝及內襯材料，以 滿足國內半導體電子工業(yè)、太陽能及其他高新技術行業(yè)發(fā)展的需要，打破半導體電子工業(yè) 及太陽能產業(yè)所需高純石英坩堝及內襯材料依賴進口的被動局面。本發(fā)明的技術解決方案是該提純方法包括以下步驟
⑴選礦選取鋁、鐵、鈣、鎂、鈦、鎳、錳、銅、鈉、鉀、鈷和硼金屬元素含量之和不高于 50ppm，二氧化硅含量在99. 95 %左右的石英石作原料；一般是到石英開采的礦點，先是用 肉眼直觀看，然后帶回來檢測化驗、試驗、再檢測，最后確定是否能達到使用要求，如確定能 用就進行人工初破碎，破碎的石英塊直徑在3-5厘米，并進行分級，選出高品質的石英塊 料；
(2)水淬也就是焙燒，把選出的高品質的石英塊料放到950°C的電阻爐內，焙燒4小 時，然后放到內有冷卻水的不銹鋼水箱內，利用溫差的變化使石英石中的雜質充分暴露破 碎；石英塊料中的包裹體和其他雜質在爆裂的同時溢出，水淬也便于破碎和粉碎；出爐后 的石英塊料在冷卻水箱內30秒，用電動機械吊起，然后放到工作臺上進行再次分級，把表 面不合格的揀出，合格品裝包、計量送到破碎車間；
(3)破碎把焙燒車間送來的合格石英塊料，加入鄂式破碎機料斗內，通過閥門控制進 行破碎，破碎完的石英塊料為1-2厘米，再通過輸送機送到粉碎機料斗內，閥門控制經過高 錳鋼對輥進行粉碎，粉碎過的石英小塊料經過振動篩，得60目至160目的規(guī)格砂，由輸送 機送到磁選機內進行磁選，得合格的石英砂；大于60目的小石英塊料通過輸送機送到粉碎 機進行再次粉碎，小于160目的石英粉作為廢品銷售給廢粉收購廠家；60目至160目的合 格石英砂運到化學處理車間，用鹽酸和氫氟酸進行浸泡，30%含量的鹽酸與35%含量的氫氟 酸配比是每噸石英砂用鹽酸150公斤、用氫氟酸40公斤，首10°C -20°C浸泡70小時，再 250C _35°C浸泡28小時，浸泡后用水徹底清洗；
(4)浮選浮選是把剛才清洗過的石英砂放到浮選機內，按每噸加入氨水0.2公斤、油 酸0. 5公斤、棕櫚酸0. 2公斤、煤油0. 3公斤、異辛醇0. 7公斤，溫度55°C，利用各種礦物的 密度不同和礦物表面潤濕性的差異，浮選出非石英顆粒和其他雜質；
(5)酸洗30%含量的鹽酸與35%含量的氫氟酸配比是每噸石英砂用鹽酸150公斤、用 氫氟酸40公斤，首10°C -20°C浸泡70小時，再25°C _35°C浸泡28小時，酸洗后用水徹底清 洗，洗好后放入離芯機內進行脫水，脫水后放到850度烘干爐內進行烘干，再放入不銹鋼大 桶內進行冷卻，冷卻到50度送到振動篩內進行篩選，篩出60-160目的合格石英砂自動流到 磁選機內進行磁選；
(6)磁選對烘干過的石英砂進行磁選，在磁選之前石英砂用通過振動篩，得出80 目-120目的石英砂，再由輸送機送到磁選機料斗內，自動下料進行磁選，磁選機磁性在 30000高絲以上；磁選機下部有兩個出料口，一個是合格的成品料接料口，一個是廢品料接 料口 ；
(7)高溫真空處理對磁選后的石英石進行高溫130(TC左右真空0.OlMpa處理，高溫真 空處理是利用石英石的晶型轉變過程時的反應機理，在高溫1300°C真空0. OlMpa狀態(tài)下去 除石英石中的液態(tài)和氣態(tài)雜質，高溫真空有利于脫去石英石中的羥基，提高石英石對熔制工藝的適應性；處理方法是把磁選過的石英砂裝入不銹鋼耐高溫料斗內進行高溫1300°C 處理，然后氯化處理；
(8)氯化處理對高溫真空處理后的石英石進行氯化處理，氯化處理是在60度的溫度 條件下，借助氯氣的作用，使石英石中堿金屬和堿土金屬雜質轉化成氣相的氯化物，采用氯 化處理去除石英粉中的堿金屬、堿土金屬雜質和石英石顆粒表面的雜質，尤其去除鐵離子、 鈉離子；
(9 )超導提純對氯化處理后的石英石進行超導提純，超導提純是將超導技術弓I入工業(yè) 選礦的提純方法，超導材料產生10萬高斯的超導磁場，使石英石中的微小雜質和固態(tài)包裹 體在超導磁場中磁化而被選出，去除石英石中的異物礦和固態(tài)包裹體；
(10)電選分離對超導提純后的石英石進行電選分離，電選分離就是在高壓1萬伏電 場中利用礦物的電性差異使礦物分離；
(11)超聲波處理用超聲波設備對多元化學處理后的石英砂進行超聲波震動處理；
(12)精餾提純對超聲波處理后的石英石進行精餾提純，精餾提純是利用不同組分有 不同沸點、在同一溫度100度下具有不同蒸汽壓的特點進行的提純；
(13)電動篩選對精餾提純后的石英石進行425um左右的電動篩選，就是把以后各工 藝處理過的石英砂加入電動篩選器，讓它自動篩選，出料口處放置高強磁的磁選機自動磁 選，磁選機出料口放置包裝袋，計量入庫，得電子工業(yè)用坩堝及內襯材料的高純石英砂。本發(fā)明的提純方法工藝簡單，提純效果顯著，得到的高純石英用于電子工業(yè)的高 純石英坩堝及內襯材料，提高了石英石的工業(yè)價值。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術解決方案，這些實施例不能理解為 是對技術解決方案的限制。實施例依以下具體步驟提純石英石
⑴選礦選取鋁、鐵、鈣、鎂、鈦、鎳、錳、銅、鈉、鉀、鈷和硼金屬元素含量之和不高于 50ppm，二氧化硅含量在99. 95 %左右的石英石作原料；一般是到石英開采的礦點，先是用 肉眼直觀看，然后帶回來檢測化驗、試驗、再檢測，最后確定是否能達到使用要求，如確定能 用就進行人工初破碎，破碎的石英塊直徑在3-5厘米，并進行分級，選出高品質的石英塊 料；
(2)水淬也就是焙燒，把選出的高品質的石英塊料放到950°C的電阻爐內，焙燒4小 時，然后放到內有冷卻水的不銹鋼水箱內，利用溫差的變化使石英石中的雜質充分暴露破 碎；石英塊料中的包裹體和其他雜質在爆裂的同時溢出，水淬也便于破碎和粉碎；出爐后 的石英塊料在冷卻水箱內30秒，用電動機械吊起，然后放到工作臺上進行再次分級，把表 面不合格的揀出，合格品裝包、計量送到破碎車間；
(3)破碎把焙燒車間送來的合格石英塊料，加入鄂式破碎機料斗內，通過閥門控制進 行破碎，破碎完的石英塊料為1-2厘米，再通過輸送機送到粉碎機料斗內，閥門控制經過高 錳鋼對輥進行粉碎，粉碎過的石英小塊料經過振動篩，得60目至160目的規(guī)格砂，由輸送 機送到磁選機內進行磁選，得合格的石英砂；大于60目的小石英塊料通過輸送機送到粉碎 機進行再次粉碎，小于160目的石英粉作為廢品銷售給廢粉收購廠家；60目至160目的合格石英砂運到化學處理車間，用鹽酸和氫氟酸進行浸泡，30%含量的鹽酸與35%含量的氫氟 酸配比是每噸石英砂用鹽酸150公斤、用氫氟酸40公斤，首10°C -20°C浸泡70小時，再 250C _35°C浸泡28小時，浸泡后用水徹底清洗；
(4)浮選浮選是把剛才清洗過的石英砂放到浮選機內，按每噸加入氨水0.2公斤、油 酸0. 5公斤、棕櫚酸0. 2公斤、煤油0. 3公斤、異辛醇0. 7公斤，溫度55°C，利用各種礦物的 密度不同和礦物表面潤濕性的差異，浮選出非石英顆粒和其他雜質；
(5)酸洗30%含量的鹽酸與35%含量的氫氟酸配比是每噸石英砂用鹽酸150公斤、用 氫氟酸40公斤，首10°C -20°C浸泡70小時，再25°C _35°C浸泡28小時，酸洗后用水徹底清 洗，洗好后放入離芯機內進行脫水，脫水后放到850度烘干爐內進行烘干，再放入不銹鋼大 桶內進行冷卻，冷卻到50度送到振動篩內進行篩選，篩出60-160目的合格石英砂自動流到 磁選機內進行磁選；
(6)磁選對烘干過的石英砂進行磁選，在磁選之前石英砂用通過振動篩，得出80 目-120目的石英砂，再由輸送機送到磁選機料斗內，自動下料進行磁選，磁選機磁性在 30000高絲以上；磁選機下部有兩個出料口，一個是合格的成品料接料口，一個是廢品料接 料口 ；
(7)高溫真空處理對磁選后的石英石進行高溫130(TC左右真空0.OlMpa處理，高溫真 空處理是利用石英石的晶型轉變過程時的反應機理，在高溫1300°C真空0. OlMpa狀態(tài)下去 除石英石中的液態(tài)和氣態(tài)雜質，高溫真空有利于脫去石英石中的羥基，提高石英石對熔制 工藝的適應性；處理方法是把磁選過的石英砂裝入不銹鋼耐高溫料斗內進行高溫1300°C 處理，然后氯化處理；
(8)氯化處理對高溫真空處理后的石英石進行氯化處理，氯化處理是在60度的溫度 條件下，借助氯氣的作用，使石英石中堿金屬和堿土金屬雜質轉化成氣相的氯化物，采用氯 化處理去除石英粉中的堿金屬、堿土金屬雜質和石英石顆粒表面的雜質，尤其去除鐵離子、 鈉離子；
(9 )超導提純對氯化處理后的石英石進行超導提純，超導提純是將超導技術弓I入工業(yè) 選礦的提純方法，超導材料產生10萬高斯的超導磁場，使石英石中的微小雜質和固態(tài)包裹 體在超導磁場中磁化而被選出，去除石英石中的異物礦和固態(tài)包裹體；
(10)電選分離對超導提純后的石英石進行電選分離，電選分離就是在高壓1萬伏電 場中利用礦物的電性差異使礦物分離；
(11)超聲波處理用超聲波設備對多元化學處理后的石英砂進行超聲波震動處理；
(12)精餾提純對超聲波處理后的石英石進行精餾提純，精餾提純是利用不同組分有 不同沸點、在同一溫度100度下具有不同蒸汽壓的特點進行的提純；
(13)電動篩選對精餾提純后的石英石進行425um左右的電動篩選，就是把以后各工 藝處理過的石英砂加入電動篩選器，讓它自動篩選，出料口處放置高強磁的磁選機自動磁 選，磁選機出料口放置包裝袋，計量入庫，得電子工業(yè)用坩堝及內襯材料的高純石英砂。
權利要求
1.電子工業(yè)用坩堝及內襯材料的高純石英的提純方法，其特征在于該高純石英的提 純方法包括以下步驟⑴選礦選取鋁、鐵、鈣、鎂、鈦、鎳、錳、銅、鈉、鉀、鈷和硼金屬元素含量之和不高于 50ppm，二氧化硅含量在99. 95 %左右的石英石作原料；一般是到石英開采的礦點，先是用 肉眼直觀看，然后帶回來檢測化驗、試驗、再檢測，最后確定是否能達到使用要求，如確定能 用就進行人工初破碎，破碎的石英塊直徑在3-5厘米，并進行分級，選出高品質的石英塊 料；(2)水淬也就是焙燒，把選出的高品質的石英塊料放到950°C的電阻爐內，焙燒4小 時，然后放到內有冷卻水的不銹鋼水箱內，利用溫差的變化使石英石中的雜質充分暴露破 碎；石英塊料中的包裹體和其他雜質在爆裂的同時溢出，水淬也便于破碎和粉碎；出爐后 的石英塊料在冷卻水箱內30秒，用電動機械吊起，然后放到工作臺上進行再次分級，把表 面不合格的揀出，合格品裝包、計量送到破碎車間；(3)破碎把焙燒車間送來的合格石英塊料，加入鄂式破碎機料斗內，通過閥門控制進 行破碎，破碎完的石英塊料為1-2厘米，再通過輸送機送到粉碎機料斗內，閥門控制經過高 錳鋼對輥進行粉碎，粉碎過的石英小塊料經過振動篩，得60目至160目的規(guī)格砂，由輸送 機送到磁選機內進行磁選，得合格的石英砂；大于60目的小石英塊料通過輸送機送到粉碎 機進行再次粉碎，小于160目的石英粉作為廢品銷售給廢粉收購廠家；60目至160目的合 格石英砂運到化學處理車間，用鹽酸和氫氟酸進行浸泡，30%含量的鹽酸與35%含量的氫氟 酸配比是每噸石英砂用鹽酸150公斤、用氫氟酸40公斤，首10°C -20°C浸泡70小時，再 250C _35°C浸泡28小時，浸泡后用水徹底清洗；(4)浮選浮選是把剛才清洗過的石英砂放到浮選機內，按每噸加入氨水0.2公斤、油 酸0. 5公斤、棕櫚酸0. 2公斤、煤油0. 3公斤、異辛醇0. 7公斤，溫度55°C，利用各種礦物的 密度不同和礦物表面潤濕性的差異，浮選出非石英顆粒和其他雜質；(5)酸洗30%含量的鹽酸與35%含量的氫氟酸配比是每噸石英砂用鹽酸150公斤、用 氫氟酸40公斤，首10°C -20°C浸泡70小時，再25°C _35°C浸泡28小時，酸洗后用水徹底清 洗，洗好后放入離芯機內進行脫水，脫水后放到850度烘干爐內進行烘干，再放入不銹鋼大 桶內進行冷卻，冷卻到50度送到振動篩內進行篩選，篩出60-160目的合格石英砂自動流到 磁選機內進行磁選；(6)磁選對烘干過的石英砂進行磁選，在磁選之前石英砂用通過振動篩，得出80 目-120目的石英砂，再由輸送機送到磁選機料斗內，自動下料進行磁選，磁選機磁性在 30000高絲以上；磁選機下部有兩個出料口，一個是合格的成品料接料口，一個是廢品料接 料口 ；(7)高溫真空處理對磁選后的石英石進行高溫130(TC左右真空0.OlMpa處理，高溫真 空處理是利用石英石的晶型轉變過程時的反應機理，在高溫1300°C真空0. OlMpa狀態(tài)下去 除石英石中的液態(tài)和氣態(tài)雜質，高溫真空有利于脫去石英石中的羥基，提高石英石對熔制 工藝的適應性；處理方法是把磁選過的石英砂裝入不銹鋼耐高溫料斗內進行高溫1300°C 處理，然后氯化處理；(8)氯化處理對高溫真空處理后的石英石進行氯化處理，氯化處理是在60度的溫度 條件下，借助氯氣的作用，使石英石中堿金屬和堿土金屬雜質轉化成氣相的氯化物，采用氯化處理去除石英粉中的堿金屬、堿土金屬雜質和石英石顆粒表面的雜質，尤其去除鐵離子、 鈉離子；(9 )超導提純對氯化處理后的石英石進行超導提純，超導提純是將超導技術弓I入工業(yè) 選礦的提純方法，超導材料產生10萬高斯的超導磁場，使石英石中的微小雜質和固態(tài)包裹 體在超導磁場中磁化而被選出，去除石英石中的異物礦和固態(tài)包裹體；(10)電選分離對超導提純后的石英石進行電選分離，電選分離就是在高壓1萬伏電 場中利用礦物的電性差異使礦物分離；(11)超聲波處理用超聲波設備對多元化學處理后的石英砂進行超聲波震動處理；(12)精餾提純對超聲波處理后的石英石進行精餾提純，精餾提純是利用不同組分有 不同沸點、在100度下具有不同蒸汽壓的特點進行的提純；(13)電動篩選對精餾提純后的石英石進行425um左右的電動篩選，就是把以后各工 藝處理過的石英砂加入電動篩選器，讓它自動篩選，出料口處放置高強磁的磁選機自動磁 選，磁選機出料口放置包裝袋，計量入庫，得電子工業(yè)用坩堝及內襯材料的高純石英砂。
全文摘要
本發(fā)明公開了電子工業(yè)用坩堝及內襯材料的高純石英的提純方法，該高純石英的提純方法依次包括以下步驟選礦、水淬、浮選、酸洗、磁選、高溫真空處理、氯化處理、超導提純、電選分離、超聲波處理、精餾提純和電動篩選。本發(fā)明的提純方法工藝簡單，提純效果顯著，得到的高純石英用于電子工業(yè)的高純石英坩堝及內襯材料，提高了石英石的工業(yè)價值。
文檔編號C01B33/12GK102120583SQ20111007693
公開日2011年7月13日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者段其九, 段玉偉, 謝大春 申請人:段其九