应用领域

石英砂脱羟工艺(去除结构水OH-)

石英砂脱羟（也称脱水或去羟基）工艺，是指通过高温热处理或其他方法，去除石英砂中以羟基（—OH）形式存在的水分或结构水，从而提高其纯度和高温性能的工艺过程。该工艺在高纯石英、光纤、半导体、光伏、特种玻璃等高端材料制造中具有重要意义。

一、羟基对石英砂的影响

天然石英砂中常含有微量水分，这些水分主要以以下形式存在：

吸附水：存在于颗粒表面，较易去除；

结构水（羟基）：以 Si–OH 形式嵌入晶格中，难以去除，影响石英在高温下的稳定性、透光性及电性能。

羟基含量过高会导致：

高温下产生气泡或微裂纹；

紫外透过率下降（尤其对光纤、光刻用石英玻璃不利）；

降低熔融石英制品的热稳定性和机械强度。

二、脱羟的基本原理

脱羟的核心是促使 Si–OH 基团发生缩合反应，释放出水蒸气：

2Si–OH→Si–O–Si+H2O↑

该反应通常需要在高温（>1000°C）和干燥气氛（如氯气、干燥空气、真空或惰性气体）下进行，以推动平衡向右移动，并及时带走生成的水蒸气。

三、常用脱羟工艺方法

1. 高温煅烧法

温度范围：1000–1400°C；

气氛：干燥空气、氮气、氩气等；

缺点：脱羟效率有限，残留羟基较高（通常 >50 ppm）。

2. 氯化脱羟法（最常用且高效）

在高温（1000–1300°C）下通入氯气（Cl₂）或含氯气体（如 HCl、CCl₄）；

氯气与羟基反应生成挥发性 HCl，促进脱羟：

Si-OH+Cl2→Si-Cl+HOCI(后续水解/缩合)

可将羟基含量降至<10 ppm，甚至<1 ppm；

广泛用于高纯石英原料（如合成石英、光纤预制棒用石英砂）的处理。

注意：氯气有毒、腐蚀性强，需严格的安全与尾气处理系统。

3. 真空脱羟法

在真空（<10⁻² mbar）条件下加热至 1000–1300°C；

利用低压促进水蒸气逸出；

适用于小批量高附加值产品，但设备成本高、效率较低。

4. 等离子体或微波辅助脱羟（新兴技术）

利用非平衡等离子体或微波选择性加热，降低能耗、缩短时间；

目前多处于实验室或中试阶段。

四、脱羟效果评价指标

羟基含量（ppm）：通过红外光谱（FTIR）在 3670 cm⁻¹ 或 2800–3800 cm⁻¹ 区域吸收峰定量；

白度、杂质元素含量（Fe、Al、Ti 等）；

熔融后石英玻璃的紫外透过率、气泡/杂质量。

五、典型应用领域

六、注意事项

脱羟前需对石英砂进行深度提纯（酸洗、浮选、磁选等），否则杂质会催化羟基再生或形成新缺陷；

脱羟后应避免暴露于潮湿环境，防止羟基重新吸附；

工艺参数（温度、时间、气氛流量）需精确控制，防止石英晶型转变（如 α-石英 → β-石英 → 方石英）导致开裂。