高纯石英砂提纯研究与项目可行性报告.docx
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高纯石英砂提纯研究与项目可行性报告
高纯石英砂提纯研究与项目可行性报告
高纯石英砂研究报告
目录
概述
（1）
高纯石英砂的主要技术指标
（1）
高纯石英砂的应用领域和主要用途
（2）
国内外行业现状与发展趋势（3）
单晶硅生产用石英坩埚（5）
1500吨/年高纯石英砂生产线项目建设要点（5）
第一章产品方案及生产规模（5）
第二章原料、能源及公用设施（6）
第三章项目实施单位情况（6）
第四章主要生产设备用途及技术指标（7）
第五章质量管理与控制（12）
第六章高纯石英砂生产线的实施方案及工艺说明（14）
第七章高纯石英砂生产对环境的影响（16）
第八章高纯石英砂生产线投资概算及成本分析（17）
概述
高纯石英砂一般是指SiO2，含量高于99.99%的石英粉，是石英玻璃和石英坩埚的主要原料，其高档产品被广泛应用在大规模集成电路、太阳能电池、光纤、激光、航天、军事等行业中。
由于这些行业关系到国家的长远发展，是一个国家高新技术可持续发展的必要条件，因此高纯石英砂的战略地位非常重要，其高端产品的制备技术被美国、德国、俄罗
斯等少数国家所垄断、并限制技术和产品出口。
我国石英砂的提纯和规模化开采目前依然处于
艰难的探索阶段。
高纯石英砂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。
是电子核心
器件、光导通讯材料、太阳能电池等高新技术产业不可缺少的重要原材料，是生产石英坩埚、制造单晶硅棒容器、芯片的基础原料。
高纯石英砂的主要技术指标
1、外观为白色和无可见的机械杂质。
2、纯度要求：
二氧化硅的含量大于99.99%。
3、根据不同行业的使用，可加工成不同规格型号系列产品，适应用户要求。
其他杂质含量参考如下：
高纯石英砂杂质含量（单位：
1×10-6）
AlFeCaMgTiNiCuK
2.670.230.510.050.230.0040.050.12
NaLiBPMnCrSiO2
0.130.050.110.250.050.0599.99%
粒度分布表格
用途粒度分布（目）
石英管用砂40—100
石英坩埚用砂60—160
石英砣用砂80--180
高纯石英砂的应用领域和主要用途高纯石英砂是石英玻璃的主要原料。
石英玻璃被人们成为“玻璃王”，因为它具有一系列特殊的物理、化学性能。
它具有优良的耐高温性能，耐温性高达1100～1200℃，比普通玻璃高800℃，其熔点与白金（铂）的熔点相近。
热膨胀率极小，在0～1000℃之间的平均热膨胀系数a＝5.4×10-7，相当于陶瓷的1/6，相当于普通玻璃的1/20，石英玻璃中掺入一定量的钛，可抑制成膨胀系数接近零的超低膨胀石英玻璃。
石英玻璃具有极佳的光谱特性，不仅可以透过可见光，而且可以透过红外线、紫外线。
石英玻璃是良好的耐酸材料，相当于耐酸陶瓷的30倍，相当于不锈钢（镍铬合金）的150倍。
石英玻璃是极好的电绝缘材料，它的电阻相当于普通玻璃的1万倍，20℃时电阻率为1018Ω·cm，绝缘强度为250KV/㎝,真空度可达（10-6Mpa）。
石英玻璃属脆性材料，耐压强度很好，但抗张强度要小一些，石英玻璃不耐氢氟酸，高温条件下（1000℃以上）会转变成方石英，这是它的两个缺点。
石英玻璃可以制成高纯材料，合成石英玻璃金属离子总量仅为1PPM。
石英玻璃的可贵之处在于它的综合性能好。
例如：
它耐高温而且膨胀系数小，把它烧红了投入水中不炸裂；它耐高温、透光性好、密闭性好，是新型电光源的最佳材料；它耐高温、高纯是制造集成电路的最佳材料------等等。
石英玻璃的主要产品包括：
大规模集成电路用高纯耐高温石英玻璃管、电弧法石英坩埚（太阳能级和半导体级）、光通讯用石英玻璃、电光源用石英玻璃。
石英玻璃的品种和用途是密切相关的，用户根据石英玻璃的特性、要求制造不同的石英玻璃，便产生了石英玻璃的品种，新的品种又提高了石英玻璃的性能和质量，促进了石英玻璃行业的发展。
各行各业几乎都用石英玻璃，但是因为石英玻璃制品工艺复杂，原料价格贵，造成石英玻璃的价格也贵，限制了石英玻璃的大量使用。
这里简要介绍的主要品种和用途。
国内外行业现状与发展趋势
行业发展现状：
最初超高纯石英砂是由一、二级水晶加工而成，随着一、二水晶资源的逐步枯竭，自上世纪70年代，发达国家开始探索用普通石英代替水晶制备高纯石英砂，到20世纪90年代，Kemmochi和Stato用普通石英加工成了高档石英玻璃使用的石英粉。
国外早在20世纪70年代就开始研究利用普通石英制备高纯石英砂的技术，目前美国处于领先水平，其特点是工业化产量大、制备专业化、自动化程度高、检测水平高、产品质量稳定。
从天然岩石矿物直接提取高纯石英砂是目前世界上生产高纯石英砂的最先进技术。
俄罗斯、日本和德国等基本上可以实现自给自足，除了巴西出口未经加工的水晶原矿外，世界高纯石英砂出口市场基本被美国尤尼明（UNIMINCorporation）公司控制。
我国从20世纪80年代末开始研究石英玻璃的普通石英原料，已经取得一定进展，所研究的产品能够达到二、三、四级水晶的水平，但是只适合于中、低档石英玻璃，高纯低羟基石英原料的技术距离世界先进水平还有一定的距离，还没有形成具有自主创新、自主知识产权的技术，工业化生产的石英玻璃原料纯度不能达到高纯石英砂玻璃原料的要求，高品质石英玻璃原料基本依赖进口，制约了我国石英砂玻璃行业的发展，这已引起国内石英玻璃及原料生产企业和相关科研单位的关注。
我国是石英储量最为丰富的国家之一，已开采利用石英矿较好的有江苏东海、安徽凤阳、湖北红安、江西修水、内蒙乌海等地，这些石英矿储量大、品位高、易开采，但目前开采的大多数石英矿均用做生产低档的石英制品：
如硅微粉、玻璃、耐火材料、碳化硅、硅铁、熔融石英、石英玻璃管等。
能用于高纯石英砂的矿源很多，但是由于加工处理手段落后，产品不能达到高纯石英砂原料的要求，从而使高品位矿石用做低品味产品，造成了资源的严重浪费。
我国是石英玻璃生产和应用大国，但高档石英原料基本依靠进口，据海关统计2022年我国从美国进口的高纯石英砂有3万多吨，我国石英玻璃行业所用的高纯石英砂原料主要是美国尤尼明公司生产的IOTA石英砂，其标准砂价格目前在国内市场已高达6.5万元/吨，IOTA-4、IOTA-6价格更大。
每年从国外进口大量高纯石英砂，价格昂贵不说，石英行业的生命线掌握在国外公司的手里，受制于人，对我国石英玻璃产业及后继产业的发展都极为不利。
2022年我国国内石英玻璃制品生产消耗石英原料为12万多吨，绝大部分是中低档产
品，其中高档的电光源用石英砂、石英坩埚（多晶、单晶硅）用石英砂、半导体及光纤通讯用石英原料还是以进口石英原料为主。
近十年来，我国的一些石英玻璃生产厂、石英玻璃原料生产厂和部分院校、科研单位开始注重对高纯石英原料的提纯工艺和提纯技术的研究，并注重厂校和厂所的联合攻关，取得了一些突破性进展，使我国高纯石英原料的生产技术有了很大的提高。
总体来说，目前我国从事石英砂生产的企业有很多家，但大多都集中在生产附加值较低的普通石英砂，纯度在2N、3N；能生产可供高品质石英玻璃生产的原料不多。
我国石英玻璃工业发展较晚，是随着高新技术、信息产业和电光源工业发展而发展起来的。
随着国家改革开放政策，引进了一些先进技术和装备，改造了一些企业，能从事高纯石英玻璃制品的生产和深加工，产品品种涵盖了半导体及太阳能多晶硅（单晶硅）生产用石英坩埚，半导体扩散石英制品、光通讯用石英管、电光源石英制品等多个领域。
但相对于国外企业，我国石英玻璃企业按照中国工业发展的特色，企业个数多、规模小，装备技术落后，品种档次相对较低。
亿元202220222022202220222022
30
252015100
近年来，随着中国电子信息产业、电光源产业的迅速发展，特别是太阳能光伏产业的爆发式增长，我国石英玻璃行业工业总产值2022-2022年的增长速度均在20%以上。
2022-2022石英玻璃行业销售额增长如右图：
随着国内太阳能电池产业的迅猛发展，预计未来五年内我国石英玻璃行业将保持15-20%以上的速度持续增长，我们预测至2022年我国石英玻璃用石英原料用量将达到20万吨，其中高档石英原料将占的比重越来越大。
预计至2022年我国石英玻璃行业的总体市场规模将超过70亿元，其中高纯石英砂的缺口市场规模约在21亿元左右。
这对我国高纯石英砂行业来说是一个机遇也是一个挑战。
单晶硅生产用石英坩埚
随着能源日益紧缺和环保的压力促使各国都掀起了开发、利用太阳能和可再生能源的热潮，开发和利用太阳能已成为各国可持续发展战略的重要组成部分，太阳能利用技术在研发、产业化、市场开拓方面都取得了长足的发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。
石英坩埚是拉制单晶硅的消耗性器皿，每生产一炉单晶硅就用掉一只石英坩埚，因为单晶硅是生产大规模集成电路和太阳能电池的主要原料，所以对石英坩埚的要求十分苛刻，按照使用范围不同，石英坩埚可分为：
太阳能级硅单晶坩埚和集成电路级硅单晶坩埚。
石英坩埚的几何尺寸和外观是生产工艺确定的，而纯度是由原料确定的。
石英坩埚用的原料要求纯度高、一致性好、粒度分布均匀，有害成分高时会影响坩埚的熔制，影响其耐温性，还会出现气泡、色斑、脱皮等现象，严重影响石英坩埚的质量。
生产高质量的石英坩埚，不但工艺技术要先进，而且原料纯度要高，为了生产高质量的产品我国生产高纯石英坩埚的原料基本全部是由进口美国UNIMIN（尤尼明）公司的高纯石英砂，虽然其原料质量好，但价格却一再上涨。
因此提高石英坩埚产品质量和产量，促进高纯硅材料的工业发展，达到石英坩埚原料国产化，是我国高纯石英原料生产企业刻不容缓的事情。
1500吨/年高纯石英砂生产线项目建设要点
第一章产品方案及生产规模
一、产品方案
1、产品名称：
高纯石英砂。
2、主要技术指标：
（1）外观为白色和无可见的机械杂质。
（2）SiO2含量一级不得少于99.99%，二级不得少于99.95%，三级不得少于99.90%。
（3）根据不同行业的使用，可加工成不同粒度规格的系列产品以适应用户需求。
二、生产规模
1、1500吨/年高纯石英砂。
2、销售价格按18000.00元/吨计。
3、年销售收入2700万元。
第二章原料、能源及公用设施
一、原料
1、SiO2含量大于99.80%的天然石英矿石，外形尺寸为小于50×50mm的块石。
原矿主要分布于安徽、湖北、湖南、江西等地。
2、专用助剂，由企业自己配制，助剂原料当地购买。
二、能源
1、电力：
装机容量630KW，本地解决。
2、燃气：
用于生活。
三、公用设施
1、供水：
40m3/h，需打深水井和修建蓄水池。
2、排水：
工业废水经特殊处理后循环使用，生活废水按环保要求排放。
3、消防：
按消防法设计配置。
4、通讯：
固话、计算机网络、无线通讯网络。
5、道路：
厂区道路保证大型货车和消防车辆直通车间、库房。
第三章项目实施单位情况
一、实施单位
具备一定投资实力的企业或个体。
二、厂址
项目建设地点应考虑公路运输条件和电力配套条件，周边环境应考虑不扰民、无污染性企业。
三、厂房
（1）选矿、预处理车间面积大于500m2。
（2）煅烧与粉碎车间不低于500m2。
（3）超纯水设备应单独安置隔离，不低于300m2。
（4）提纯车间、检测室需按净化车间标准装修。
面积不得小于1000m2。
（5）助剂罐及相关配套设施应单独安置，面积300m2。
厂房总体高度应大于6米，罐洗车间（提纯）应考虑不低于8米。
四、基础配套
原料堆放场地、冲洗池等应避雨淋排水好。
原料、半成品、产成品库房应防潮，干燥通风，面积不低于1000m2。
其他应满足上述要求。
第四章主要生产设备用途及技术指标
表1：
高纯石英砂生产线主要设备明细表
序号设备名称型号功率（KW）处理能力
1氧化锆颚式破碎机QHPE125×1503＞500kg/h
2氧化锆对辊磨机QHZPG200×125
3＞500kg/h
3石英连续烧结炉φ3100-92590＞250kg/h
4双级反渗透+EDI超纯水系统＜2210m3/h
5石英烧结水淬烘干系统＜45
6搅拌反应釜＜11
7清洗搅拌系统＜10
8离心机（液固分离）＜11
9干燥系统CF-C-IV100
10强磁选2
11分级系统＜22＞300kg/h
一、氧化锆颚式破碎机
1、用途：
属矿石粉碎设备，用于石英块石粉碎。
2、主要特点：
破碎比大，产物粒度组成均匀，调节方便
接料方便，粉尘少，大大改善劳动条件。
破碎齿板根据不同物料需要可进行特殊加工制造。
3、主要技术指标：
进料口尺寸：
125×150mm
排料口调整范围：
8-30mm
最大进料粒度：
140mm
处理量（产能）：
500-1000kg/h
电机功率：
3kw
二、氧化锆对辊破碎机
1、用途：
该机主要由机座、扎辊与安全弹簧等部分组成，工作时由电动机经三角皮带轮、齿轮传动，两个轧辊按相反方向回转，挤压破碎物料。
2、特点：
轧辊间隙可以在规定的范围内适当调节，以控制出料粒度大小，针对不同的物料及用途，双辊可选择特殊材质加工制造。
该机密封式运行，无污染，操作方便。
3、主要技术指标：
双辊尺寸：
200×125mm
最大给料粒度：
12mm
出料粒度0.2-0.4mm（可调）
处理量（产能）：
500-1000kg/h
电机动率：
3kw
三、石英连续烧结炉（煅烧炉）
1、用途：
石英矿石煅烧专用，使石英矿石便于粉碎和除杂。
2、特点：
可连续生产，加热元件均匀的布置在炉膛内，加热快，时间短。
温控、加热时间及出炉时间均编入程序由电脑控制，以保证培（煅）烧过程的质量可靠稳定。
炉室由含硅99.99%石英玻璃制作，可保证在生产过程中不对石英石有任何污染。
节约能源，电动上料，自动出料，可减少操作人员降低劳动强度。
3、主要技术指标：
炉体直径：
φ3100mm
装机加热功率：
90kw
使用温度：
925℃
生产方式：
间断式连续生产
控制系统：
PLC连续调节
温控：
PID连续调节
处理能力：
250-300kg/h
保温效果：
炉体侧面温度不超过室内温度20℃
四、石英水淬烘干系统
1、用途：
煅烧后的石英石经水急冷（水淬）后需及时干燥。
2、特点：
简易、方便、安全、可靠
3、主要技术要求：
网孔板框料斗尺寸：
根据出料量定做
网孔板框料斗材质：
316L不锈钢
干燥炉加热功率：
＜45kw
冷却水淬箱体尺寸：
根据出料量定做
冷却水进出口：
下进上出
水淬液流量：
有足够的散热能力
冷却水余热：
充分利用
五、双级反渗透+EDI超纯水系统
1、用途：
使普通水获得超纯，综合膜技术、紫外、离子交换、超滤等技术，有效满足产品对有机物、金属离子、电阻率、细菌、溶解氧指标等特殊要求。
2、反渗透：
反渗透（ReverseOsmosis）即RO
RO双级设备是利用第一级的纯水进入第二级内作为二级反渗透使用，以便制取的纯水达到更高的品质，适用于高纯水生产的需要，亦可用于原水电导率较高的场合。
3、电去离子：
电去离子（electrodeionization）即EDI
EDI是由电渗析和离子交换有机结合形成的一种新型膜分离技术，由于不需要酸碱化学再生而能连续制取高纯水，技术先进，操作简便，具有优异的环保特性，是清洁的生产技术。
在电子、电力、医药、冶金、化工、生物技术等领域得到日趋广泛的应用。
4、主要技术指标：
超纯水水质：
电阻率18.25MΩ.cm
TOC：
＜10PPb
颗粒物：
1/mc（＜0.22um）
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