年产30000吨高纯石英砂、5000吨高纯超细硅微粉、3000吨高纯球形纳米sio2生产线建设可行性论证报告(编辑修改稿)

年产30000吨高纯石英砂、5000吨高纯超细硅微粉、3000吨高纯球形纳米sio2生产线建设可行性论证报告(编辑修改稿)内容摘要：

研究，经过近两年的技术攻关，在高纯石英砂原矿判别、流体杂质的脱除理论和脱除方法、分离矿物杂质和元素杂质技术等方面取得了突破性进展。 该公司利用该技术生产的超纯石英砂，经美国石英 技术公司检测，质量达到美国尤尼明公司IOTACG超纯石英砂标准，部分产品达到了 IOTA4和 IOTA6标准，甚至接 14 近 IOTA8标准。 国内目前生产的硅微粉主要是角形结晶硅微粉和角形熔融硅微粉，虽然能满足国内市场的需求，也有部分出口，但大部分产品档次较低。 国内市场需求的高档硅微粉如球形纳米 SiO超细硅微粉仍依赖国外进口。 受国内微电子工业飞速发展的拉动，球形硅微粉的用量与日俱增，由于国外生产厂商对我国球形硅微粉的生产技术与专用设备的引进实行严密封锁与垄断，自“十五”计划开始，国内的一些研究单位如清华大学、武汉大学、南京大学等即着手攻关，但目前仍处于实验室阶段，尚未实现产业化运作。 总的来说，国内所采用的研究方法主要有两种，即火焰法（又分为氢氧焰法和等离子体法）和化学法。 成都理工大学自行研制的“一种用天然粉石英制备高纯球形纳米非晶态硅微粉的方法”获得国家知识产权局专利授权，该专利以价格低廉的天然优质粉石英矿物为基本原料，采用溶胶 — 凝胶技术，在分散剂和球形催化剂存在条件下制备了符合电子封装材料要求的高纯球形纳米非晶态硅微粉， 制备的高纯球形纳米非晶态硅微粉材料粒径为 50nm～ 100nm，粒子分布均匀 、 分散度高 、 球化率达 85～ 95％，呈无定形结构。 产品的 SiO2百分含量达 ～%， 所制备的高纯球形纳米非晶态硅微粉材料热稳定性高，在 1000℃以下煅烧未产生晶化 ，表明我国球形硅微粉研究又获得了新进展。 本项目高纯 石英砂 、 高纯 超细硅微粉 和高纯球形纳米 SiO2的研制开发，充分利用了 本地硅质原料 的优良性能 和先进技术的结合 ，实现了资源 — 材料的一体化和产品的高层次转化。 15 产品进出口情况分析研究 高纯石英砂是经过对石英砂进行提纯加工，对砂中有用矿物进行高度富集而成。 高纯石英砂是制造二氧化硅薄膜、石英玻璃、半 导体硅及光线通讯电缆等高性能材料的主要原料，可广泛应用于现代科技和经济领域，附加值很高。 世界公认高纯、超高纯石英原料是当今高新科技产品的重要基础，是一个国家高新技术可持续发展的必要务件。 国际上生产高纯石英砂的技术始于 20世纪 80年代，目前，可以生产高纯石英砂的主要国家有日本、美国，德国和俄罗斯也掌握此种生产技术。 日本现有六家公司生产高纯石英砂，是高纯石英砂的主要出口国。 其中生产规模、技术装备和产品质量尤其是检测精度方面，美国尤尼明（ UNIMIM）公司处于领先地位。 在德国，已将超高纯石英原料列为战略物资而限 制出口。 美国从上世纪七十年代初便开始投入大量资金和人力进行高纯石英砂的研发，经过十多年不懈努力，开发出从天然矿石提取制备高纯石英砂的先进技术。 由于高纯石英用途特殊，美国每年都有一定量的战略储备，且从不对外输出相关生产技术，只是出口产品。 俄罗斯、日本和德国等基本上可以实现自给。 除了巴西出口未经加工的水晶原矿外，世界高档石英玻璃原料即高纯石英砂 90%以上出口市场被美国尤尼明公司垄断，中国便是其产品使用国之一。 我国的宇航、卫星、导弹、火箭、光纤、光缆、特种光源、微电子、精细化工以及分析化学等多种高科技领域发展速 度惊人，然而所急需的高纯石英砂的开发和生产，基本上还为空白。 根据国家海关公布的数据， 16 我国近两年石英砂的进出口情况可看出，我国出口的均为初级产品，而国内市场对高纯石英砂的需求大致为：石英玻璃年用量在 3000吨左右、电光源 1000吨 /年、其它领域估计 30000吨 /年以上。 由此可见，这样先进强大的支柱产业依然是建立在依赖国外原料的基础上，而这些产品大多是由我国进口硅矿石深加工而成。 同样，高纯 超细硅微粉 和高纯球形纳米 SiO2米的生产及加工情况与高纯石英砂类似。 因此，本项目产品在一定程度上通过市场营销可实现部分替代 进口产品。 产品市场价格预测 我国超纯石英砂市场长期以来一直为美国公司所垄断，超纯石英砂的价格也一涨再涨，据天津海关统计， 20xx～ 20xx年，进口高纯石英砂价格平均每年上涨 6%左右（美元计价），一般普通用高纯石英砂价格均在 60000元 /吨（人民币）以上，进口高纯超细硅微粉价格一般均在 10万人民币以上，而进口高纯超细球形硅微粉的价格更是高达近 20万人民币每吨。 而国内生产的高纯石英砂、高纯超细硅微粉、高纯球形纳米 SiO2价格依据 SiO2含量、粒度及杂质等确定，一般在≥ 4000元 /吨～ 60000元 /吨左 右，大大低于进口砂。 4 产品方案和生产规模确定 确定依据 （ 1）《 XX县 XX松林硅石矿深加工应用评价研究》（ 20xx年）； 17 （ 2）成都理工大学研发的石英砂矿提纯选矿工艺及高纯球形纳米SiO2制备技术。 产品方案及生产规模 采用本公司控股企业 XX县 XXX矿业有限公司的 XX奎香 XX碗厂优质天然石英砂矿资源，拟按年处理原矿量 5万吨以上的生产能力，建设成年产30000吨高纯石英砂、 5000吨高纯超细硅微粉、 3000吨高纯球形纳米 SiO2生产线各一条。 各产品的成品率（综合回收率）均按 80%计，高纯石 英砂根据不同用途 ， 经过机械加工 ， 磁选、除杂，筛分，生产成不同规格的颗粒状石英砂 ，需原矿 37500吨；由高纯石英砂经进一步超细磨得高纯超细硅粉；高纯球形纳米 SiO2采用溶胶－凝胶技术，在分散剂和球形催化剂存在条件下制备。 （ 1）高纯石英砂： SiO2≥ ～ %，粒度范围 1～ 、 ～、 ～ 、 ～。 主要用于石英玻璃原料、耐火材料和陶瓷原料，也是塑料、橡胶、胶结料、油漆、涂料等化工行业的理想填充料，也是高纯超细硅微粉的主要原料。 （ 2）高 纯超细硅微粉： SiO2≥ ～ %，粒度范围（平均粒径）。 主要用于半导体行业主要塑封材料、医疗、铸造、电光源等行业的主要原料，也是高纯球形纳米 SiO2的主要生产原料。 （ 3）高纯球形纳米 SiO2： SiO2≥ ～ %， Al3+≤ %、 Fe2O3 18 制 取 不 同 规 格粒 度 产 品 原 料+ 0 . 0 7 4 m m 原 矿 2 m m+ 2 m m筛 分 2 m m+ 2 m m混 匀 缩 分筛 分初 碎 筛 分颚 破对 辊 破 0 . 0 7 4 m m制 取 高 纯 超 细硅 微 粉 原 料图 1 制备技术方案 ≤ %、 Na+≤ 4ppm、 Cl≤ 1ppm、 SO42≤ 1ppm，硅微粉材料粒径为 50nm～100nm，粒子分布均匀，分散度高，球化率达 85～ 95%，呈无定形结构。 主要用于电子密封料、环氧树脂浇注、 模具行业等。 5 工艺技术初步方案 技术方案的选择 XX县 XXXX碗厂 所产石英砂原矿，经分析原矿中 SiO2≥ %、 Al2O3≥ %、 Fe2O3≥ %～ %，经实验室初步实验，初碎后 2mm以下的粒级产品，主要集中在 + ，且 Fe、 Al等杂质在。 实验室对 ～ +，经简单的“强磁选 — 擦洗”流程即可将原矿品位提高到 SiO2≥ %，而 Al2O3 和 Fe2O3 分别降为 %～ %、 %～ %。 因此，可将经初碎后 2mm的粗砂产品，以 （图 1）。 19 近年来，高纯石英砂采用的“破碎→粉磨→磁选→浮选→酸浸→强磁选→去离子水洗涤→过滤→烘干”等提纯工艺渐趋成熟，提纯与超细技术发展也很快，已经基本达到规模化生产和连续生产、在线控制的水平，本项目在提纯与超细粉碎技术方面不存在障碍。 技术标准 技术标准主要与国内一些行业应用标准及进口标准进行对比。 电子及电器工业用硅微粉 (SJ/T10675－ 20xx)产品分类及代号：用 于电工行业有普通硅微粉 (PG)、普通活性硅微粉 (PGH)、电工级硅微粉 (DG)、电工级活性硅微粉 (DGH)。 用于电子行业有电子级结晶型硅微粉 (JG)、电子级结晶型活性硅微粉 (JGH)、电子级熔融型硅微粉 (RG)、电子级熔融型活性硅微粉 (RGH)。 产品规格为产品网目数，分为 300、 400、 600、 1000目。 产品的粒度分布见表 1，产品的理化指标见表 2。 表 1 硅微粉产品的粒度分布 表 2 电子及电 器工业用硅微粉理化指标 20 普通无碱玻璃纤维和电子工业用玻璃纤维原料化学成分 (%)为：SiO Al2O Fe2O Na2O+K2O， 粒度为： 325目 %。 本项目原矿经简单处理即可达此标准。 表 3～表 5 为部分进口硅微粉的产品指标。 表 4 尤尼明公司高纯石英砂产品主要质量指标 表 3 美国斯坦福研究院粉体科学中心球形石英砂的技术指标 表 5 日本某公司高纯石英砂产品主要质量指标 21 技术的可靠性成熟度 高纯石英砂采用的“破碎→粉磨→磁选→浮选→酸浸→强磁选→去离子水洗涤→过滤→烘干”等提纯工艺较为成熟，提纯与超细技术发展也很快，已经基本达到规模化生产和连续生产、在线控制的水平。 而且对于本项目的所用原矿石英砂，采用“破碎→粉磨（酸浸湿磨）→强磁选→酸浸（可选）→去离子水洗涤→过滤→烘干”即可基本达到要求，满足相关的技术规范；高纯超细硅微粉是采用分散剂对高纯石 英砂湿法磨矿，实现了 5um的超细粉碎； 高纯球形纳米 SiO2是 在分散剂和球形催化剂存在条件下 ， 采用溶胶－凝胶技术制备 ，技术可靠且已在实验室制备成功。 本项目采用物理方法分级分选，化学方法精细提纯，将 SiO2主要成分提高至≥ %,有害物质降低至 A1203≤ %、 Fe203≤ %、 Na+≤3ppm、 Cl≤ 3ppm；超细粉碎（平均粒径≤ 5μ m）采用加分散剂的湿法磨矿，能有效克服了微细物料极性表面能的团聚作用，实现了 5um的超细粉碎，缩短了磨矿时间；精细提纯的化学处理方法，摒弃了环境污染大的 氯化焙烧而是采用酸加其它试剂进行氧化还原除杂，达到了高纯化目的，减少了环境污染；洗涤和固液分离工艺，可达到理想的洗矿、去离子性杂质和矿浆浓缩的目的，减少了工艺环节，降低了生产成本；本项目利用经选矿提纯的高纯超细微粉作为原料， 采用溶胶－凝胶技术，在分散剂和球形催化剂存在条件下制备 颗粒形态球形化纳米 SiO2，在树脂体系中有较大的包容量和较好的流动性、分散性，不仅可降低环氧绝缘封装材料的成本，而且可极大改善绝缘封装材料的性能 — 如降低固化收 22 缩率、减少对模具的磨损，增强其物理力学性能。 项目已对原矿和产品的矿物工 艺学作了较详细的研究，查明了矿物组成、化学成分、结构构造、嵌布粒度、颗粒形态及其理化特性，为工艺方案的制定提供了理论依据，工艺上深化了“物理 — 化学法”的理论，细化了工艺处理方法的研究内容。 采用预选、筛分和细磨组合作业，符合原矿特点，能有效提高石英矿的含量和白度，为后续作业实现分级别分选创造了条件，且节能效果好，为最终获得三种系列产品奠定了基础。 采用分段搅磨矿对矿物擦洗和细磨，再化学漂白提纯等工艺，制备出合格的电子级、电工级和普通级三种系列产品，实现了对石英矿资源的“全岩利用”，具有无尾矿、低污染的特点。 生产工艺流程 （ 1）高纯石英砂、高纯超细硅微粉生产工艺流程如图 2 所示。 23 原 矿+ 0 . 0 7 4 m m 0 . 0 7 4 m m分 级按 要 求 规 格分 级Y+ 0 . 4 1 7 m m粉 磨（ 酸 浸 湿 磨 ）N强 磁 选酸 浸 磨 后加 去 离 子水 洗 涤 至P H ≈ 7是 否 酸 浸 磨Y酸 浸N去 离 子水 洗 涤至 P H ≈ 7过 滤 烘 干初 碎 筛 分分 级气 流 分 级Y高 纯 石 英 砂产 品N高 纯 超 细 硅微 粉 产 品高 纯 球 形 纳 米S i O2原 料 图 2 高纯石英砂、高纯超细硅微粉生产工艺流程 2）高纯球形 纳米 SiO2生产工艺流程如图 图 4 所示。 高纯超细硅微粉碳酸纳高温熔融固体硅酸纳水玻璃溶液 24 图 3 水玻璃制备工艺 图 4 高纯球形纳米 SiO2 生产工艺流程 主要设备选型 主要设备选型、配套，按设计要求及生产能力确定，主要设备包括： 鄂碎机：氧化锆颚式破碎机、氧化锆对辊磨 超细球磨机：磨矿介质 应是非金属材料如氧化铝陶瓷球或硅石；磨机的桶体内也必须衬高强度耐磨耐酸蚀内衬材料如氧化铝陶瓷、硅石或聚氨脂橡胶 纯水生产设备：双级反渗透超纯制水机 酸浸设备：酸浸清洗搅拌装置、空气搅拌浸出槽 浮选机 湿式强磁磁选机 高温真空脱羟炉 过滤、洗涤、干燥、煅烧 基 液 氨 水 高纯球形纳米 SiO2 水玻璃溶液 无水乙醇 非离子表 面活性剂 盐 酸 硅 凝 胶 25 筛分机 过滤机 干燥机 : 空心轴搅拌烘干机 气流分级机。