石英砂是制備多晶硅和單晶硅的基本原料，應(yīng)用于半導(dǎo)體技術(shù)、太陽能、航天等高科技領(lǐng)域。石英砂的純度和元素含量直接影響著所制備產(chǎn)品的好壞。傳統(tǒng)石英砂的制備工藝為：粗選→破碎→焙燒→水碎→粉碎→除鐵→酸浸泡→浮選等工序，后制成80-100目的產(chǎn)品。這種生產(chǎn)和提純工藝較簡單，不能有效去除石英的包裹雜質(zhì)、表面雜質(zhì)以及生產(chǎn)過程中存在的雜質(zhì)，使得純度不高，特別是內(nèi)部對多晶硅有很大影響的硼和磷等，去除效果更差。

本專利旨在提供一種制備適用于生產(chǎn)多晶硅的高純石英砂的方法，采用石英砂為基本原料，通過對塊狀原料的水碎除去砂粒表面和內(nèi)部的礦異物，以及通過對石英砂細粉的水碎除去石英砂中的可燃和可溶性雜質(zhì)，再通過酸浸去除絕大多數(shù)的礦異物，得到高純石英砂，為制備高質(zhì)量的金屬硅提供原料。

制備適用于生產(chǎn)多晶硅的高純石英砂方法包括以下步驟：

1、粗選：將各類石英原礦中的明顯的雜質(zhì)和異物去除；

2、破碎：采用破碎機將石英原礦破碎至粒徑為1-20mm的顆粒；

3、水碎：將被燒后的石英顆粒置于冷水中快速冷卻，以達到去除礦物內(nèi)部的汽泡、水紋以及一些包裹的雜質(zhì)的目的，使礦物裂開；

4、粉碎：采用濕磨或干磨將原料制成粒徑在5-50μm的超細石英砂；

5、高梯磁磁選：選用磁場強度為50-15000高斯的高梯磁磁選選礦設(shè)備，取出原料本身和操作過程中引入的鐵等單質(zhì)以及具有弱磁性的這些單質(zhì)的化合物；

6、分級：利用分級設(shè)備按標準將原料分成多種粒度范圍產(chǎn)品，在后續(xù)處理中，根據(jù)粒度范圍均進行分別處理；

7、焙燒：采用焙燒爐，將石英原礦顆粒在300℃-1500℃的條件下焙燒2-5小時；

8、水碎：將被燒后的石英顆粒迅速置于室溫熱水中冷卻，溶去焙燒生成的易溶性物質(zhì)，并通過對水加熱0.5-2小時，以增加該部分可溶性物質(zhì)在水中的溶解度；

9、浮選：向水碎后的石英砂細粉加入浮選劑，將比重小于1的雜質(zhì)除去；

10、去離子水洗：用去離子水洗除殘余的浮選劑和石英砂表面的雜質(zhì)；

11、干燥：先將去離子水洗后的石英砂進行風干（晾干）等除去大批量的水，然后再在特種干燥設(shè)備中進行干燥，并加熱至100℃-200℃；

12、酸浸：將干燥后的石英砂加入浸漬槽，在干燥高溫的條件下迅速加入酸浸所用的酸（硫酸、鹽酸、硝酸或氫氟酸），酸的濃度為5%-20%，在30℃-100℃的條件下恒溫攪拌2-24小時，除去石英砂細粉中的微量金屬和非金屬雜質(zhì)；

13、去離子水洗：將酸浸后的原料用去離子水洗去原料包含的酸液等，直至呈中性；

14、干燥及包裝：用特種干燥設(shè)備將原料進行干燥，并在凈化車間內(nèi)進行真空包裝，得到產(chǎn)品。

該高純石英砂的制備方法，主要體現(xiàn)在對硼和磷的脫除上，現(xiàn)有技術(shù)一般只對大塊的礦石進行一次粉碎，該步驟雖可以脫除大量氣泡、裂痕以及礦本身包含的一些礦異物，但經(jīng)該過程后，石英砂的粒徑仍然很大，對于粒徑內(nèi)部的礦異物仍然不能進行有效的脫除。由于石英砂粉碎后進行再次的焙燒和水碎，使石英砂細顆粒更大程度的與空氣中的氧等結(jié)合，可以更好地脫除能與氧發(fā)生反應(yīng)并能夠氣化或升華的物質(zhì)。將焙燒后的樣品放入水中后，又可以將可溶性的一些物質(zhì)脫除，水碎后的物料進行加熱，可以大大增加生成的可溶性雜質(zhì)在水中的溶解度，提高脫雜效果。