【原创】【预告】大功率微波剔除石英砂气液包裹体工程化研究

中国粉体网讯  众所周知，高纯石英砂是高新技术产业不可替代的矿物原料，具有耐高温、 热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电谐振效应以及独特的光学特性，其SiO₂含量一般高于99.99%，被广泛应用于集成电路、医学、航天航空、光通讯、激光、光伏等行业。

国内石英砂制备行业虽然用进口石英硅矿生产打锭和拉管用高纯石英砂及光伏产业用石英坩埚外层用砂等取得长足进展，形势喜人，但由于进口硅矿质量不一，尤其是气液包裹体含量偏高，比如安哥拉石英硅矿气液包裹体杂质含量大难以根本剔除，虽其主含量SiO2高，现却受到应用上的歧视。

据侯清麟教授研究研究发现：国内用进口矿精制的高纯石英砂气液包裹体杂质含量在200~350ppm，即使是进口高纯石英砂的气液包裹体杂质含量仍在100ppm左右。气液包裹体是高纯石英砂主要的杂质来源之一，而这些杂质是制约高纯石英产品制备与应用的关键性因素。那么如何去除气液包裹体成为迫在眉睫的问题。

据了解，到目前为止，气液包裹体去除的方法主要有：酸碱差异腐蚀法(行业通用）、热或冷爆裂法(行业通用)、氯化脱气法（日本）、微波法等。

微波法是利用微波选择性加热的特点剔除硅石矿中气液包裹体的方法。微波是一种交变电磁波，具有独特的选择性加热、可以使高介电常数物质在几分钟内加热到较高的温度，因而微波对去除介电常数有较大差异的杂质有着独特的优势。

SiO2 的介电常数为 3~5 F/m，气液包裹体主要成分是 H2O、CH4与 C2H6 等，H2O 的介电常数最高可达 88 F/m，CH4与 C2H6 的介电常数分别为 31 F/m 和 38 F/m，气液包裹体中其余小分子的介电常数也较高。故当微波穿过石英砂时，SiO2 基本不吸波，但气液包裹体中的小分子受热，其熵焓值提高，分子之间产生剧烈碰撞摩擦，气液包裹体的空间一定，从而使其内部压力不断上升，达到一定的压强后砂粒壁内外产生强大的压强差，形成较大的剪切应力促使砂粒壁炸裂，气液包裹体从裂纹中逸出，从而达到剔除气液包裹体的目的。

侯清麟教授是全国乃至全世界用微波技术去除气液包裹体的第一人，其团队在微波辐射法方面做了多年研究，且取得很好的效果。早在今年5月粉体网举办的会议对话栏目上，侯清麟教授表示，关于微波技术应用存在的误区，拟在下次粉体网平台上演讲，将原原本本进行阐述。

2024年8月9日，中国粉体网将在江苏盐城大丰天沐酒店举办“2024（第二届）全国集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”，届时，来自湖南工业大学的侯清麟教授将作《大功率微波剔除石英砂气液包裹体工程化研究》报告，详细讲述微波技术剔除石英砂气液包裹体。

专家介绍

侯清麟，男，1955年2月生，湖南安仁人，博士，二级教授，中国注册化工师，教授级高工。本科华南工学院（77级）；中南大学硕士、博士；美国巴尔的摩大学MBA、MPA结业。现任湘潭大学博士、湖南工业大学博士和硕士研究生导师，湖南工业大学特聘教授，享受国务院特殊津贴专家。曾任衡山县副县长，湖南株洲化工厂处长、主任、石英玻璃厂(株洲327厂）厂长、湖南株洲化工集团研究院院长、董事长兼总经理，湖南工业大学党委书记。曾获两届湖南省优秀企业家称号，两项全国管理成果二等奖。

2006年来高校后主要从事石英硅矿制备高纯石英砂研究，近十年拥有国家自然科学基金面上项目4项，省部级重点项目5项，累计科研经费600余万元，在美国英国等Top刊物及中南大学学报、功能材料、硅酸盐等杂志发表Sci、Ei等论文30余篇，拥有国家发明专利13项。

业余还是中国、湖南省书法家协会会员（曾在北京、广东东莞和长沙举办个人书法展）、省作家协会会员，发表文学作品近200万字，出版专著9部。

参考来源：

【1】侯清麟，光伏用高纯石英砂的制备新工艺应用研究.

【2】侯清麟，新技术制备高纯石英砂应用研究.

【3】气液包裹体如何剔除？工业微波完全可靠——访湖南工业大学侯清麟教授

【4】侯清麟，剔除硅石矿中气液包裹体方法的研究.

（中国粉体网编辑整理/星耀）

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