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一、背景
石英砂又稱硅砂，是一種常見的非金屬礦物原料,。我國的石英砂選礦提純及深加工開發(fā)利用的比較晚,，并且主要用于建筑工業(yè)、玻璃制造,、陶瓷工業(yè)和鑄造工業(yè),，這些領(lǐng)域?qū)κ⑸暗男枨罅看�,，但對原料質(zhì)量要求低。對于一些優(yōu)質(zhì)石英砂而言,，基本上不經(jīng)過選礦提純或略經(jīng)提純,，即可滿足工業(yè)用砂需求。
目前,，國外以美國的石英砂選礦提純技術(shù)最為先進(jìn),，特點(diǎn)是工業(yè)化產(chǎn)量大、裝備專業(yè)化和生產(chǎn)自動化程度高,，其產(chǎn)品已發(fā)展到第六代（雜質(zhì)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于8×10-6,，透明度為光學(xué)級）。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,，高科技用硅的需求量將大量增加,，而天然水晶資源的日趨枯竭使得人們不得不將目光轉(zhuǎn)向天然水晶的替代品——（超）高純石英砂,。因此，推動石英砂選礦提純技術(shù)的進(jìn)步,，實(shí)現(xiàn)精制石英砂,、（超）高純石英砂的低成本,、大批量工業(yè)化生產(chǎn),，對彌補(bǔ)天然水晶資源的不足，滿足高科技用硅需求具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二、石英砂的提純方法
石英砂提純是除去石英砂中少量或微量雜質(zhì),，獲得精制石英砂或高純石英砂（如電子級產(chǎn)品）的高難度分離技術(shù),。近年來,，國內(nèi)外對石英砂提純工藝研究主要圍繞以下幾個方面進(jìn)行：
1）水洗,、分級脫泥
石英砂中的SiO2的品位隨著石英砂粒度的變細(xì)而降低,，鐵質(zhì)和鋁制等雜質(zhì)礦物的品位則正好相反,，這種現(xiàn)象在含有大量粘土性質(zhì)礦物石英砂中尤為明顯,。所以在入選前對石英砂原礦進(jìn)行水選,，分級脫泥是非常必要的,，而且效果也是較為明顯的。
評價：水洗,、分級脫泥作為一種礦石入選前的預(yù)處理方法,，應(yīng)用的較早且普遍，但對于存在于石英砂表面的薄膜鐵和粘連性雜質(zhì)礦物,，其脫除效果尚不顯著,。
2）擦洗
擦洗是借助機(jī)械力和砂粒間的磨剝力來除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結(jié)及泥性雜質(zhì)礦物和進(jìn)一步擦碎未成單體的礦物集合體,，再經(jīng)分級作業(yè)達(dá)到石英砂進(jìn)一步提純的效果,。
對于機(jī)械擦洗，一般認(rèn)為影響擦洗效果的因素主要來自擦洗機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和配置形式,，其次為工藝因素，包括擦洗時間和擦洗濃度,。
研究表明，砂礦擦洗濃度在50%-60%之間效果最好,，而且在一定程度上反而加大了石英砂提純的難度；擦洗時間原則上以初步達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求為基準(zhǔn)，不宜過長，因時間過長,，會加大設(shè)備磨損,，提高能耗和造成選礦提純成本的增加,。
評價：由于對某些石英砂礦，機(jī)械擦洗擦除效果不太理想,，因此,，我國棒磨擦洗工業(yè)應(yīng)用較為普遍和相對成熟,。
3）磁選
磁選工藝的采用，可以最大限度的清除包括連生體顆粒在內(nèi)的赤鐵礦,、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質(zhì)礦物,。強(qiáng)磁選通常采用濕式強(qiáng)磁選機(jī)或高梯度磁選機(jī),。
一般而言，對雜質(zhì)以褐鐵礦,、赤鐵礦、黑云母等弱磁性雜質(zhì)礦物為主的石英砂,，利用濕式強(qiáng)磁機(jī)在10000奧斯特以上可以選出,；對含雜以磁鐵礦為主的強(qiáng)磁性礦物,，則采用弱磁機(jī)對或中磁機(jī)進(jìn)行選別效果比較好。
評價：當(dāng)石英砂原砂中含雜質(zhì)礦物較多時,，僅采用擦洗,、脫泥和磁選是不能將石英砂提純成高純砂的，為了進(jìn)一步提高石英砂的純度和降除雜質(zhì),。
4）浮選
考慮到含氟廢水對環(huán)境的嚴(yán)重影響,，無氟有酸浮洗法應(yīng)運(yùn)而生。無氟無酸浮選法是近年來大力開發(fā)的石英長石浮選分離新工藝,，該方法是在自然中性介質(zhì)中,，利用石英、長石結(jié)構(gòu)組成的差異,，合理調(diào)配陰陽離子捕收劑的配比,，優(yōu)先浮選出長石，實(shí)現(xiàn)二者的分離,。
評價：無氟無酸浮選法不算成熟,，目前尚未見到工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用的報道。云母與石英的等電點(diǎn)相近,，分選難度大,，采用酸性條件下陰離子捕收劑，或在堿性條件下陰-陽離子捕收劑兩種方法浮選,，可獲得很好的效果,。一般而言,，經(jīng)過擦洗、脫泥,、磁選和浮選后,，石英砂的純度可達(dá)到99.3%-99.9%，基本上滿足工業(yè)用砂的需求,。
5）色選
色選是根據(jù)物料光學(xué)特性的差異,，利用光電探測技術(shù)將顆粒物料中的異色顆粒自動分揀出來。色選機(jī)主要由給料系統(tǒng),、光學(xué)檢測系統(tǒng),、信號處理系統(tǒng)和分離執(zhí)行系統(tǒng)組成。
評價：色選用于石英砂行業(yè)利于將雜色礦物分選出來,，或在選礦前期將石英塊按顏色差異進(jìn)行分選,。
6）酸浸
酸浸是利用石英不溶于酸（HF除外），其他雜質(zhì)礦物能被酸液溶解的特點(diǎn),，從而可以實(shí)現(xiàn)對石英的進(jìn)一步提純,。酸浸常用酸類有硫酸、鹽酸,、硝酸和氫氟酸等,；還原劑有亞硫酸及其鹽類等。
研究發(fā)現(xiàn),，上述酸類對石英中的非金屬雜質(zhì)礦物均有良好的去除效果,，但對不同的金屬雜質(zhì)，酸的種類及其濃度影響較為顯著,。一般認(rèn)為各種稀酸對Fe和Al的去除均有顯著效果,，而對Ti和Cr的去除效果則采用較濃的硫酸、王水或HF進(jìn)行酸浸處理,。通常使用上述酸類組成的混合酸進(jìn)行雜質(zhì)礦物的酸浸脫除,，考慮到HF對石英的溶解作用，HF濃度一般不超過10%,。
評價：酸浸各種因素的控制應(yīng)根據(jù)石英最終品位要求,，盡量降低酸的濃度、溫度和用量,，減少酸浸時間,，以實(shí)現(xiàn)在較低的選礦成本下進(jìn)行石英提純。經(jīng)過酸浸處理后的石英砂,，可獲得純度達(dá)99.99%的高純石英砂。
7 ）微生物浸出
用微生物浸除石英砂顆粒表面的薄膜鐵或浸染鐵是新近發(fā)展起來的一種除鐵技術(shù),。
據(jù)國外研究結(jié)果表明,，以黑曲霉素浸除鐵效果最佳,，F(xiàn)e2O3的去除率多在75%以上，精礦Fe2O3的品位低達(dá)0.007%,。
評價：目前微生物除鐵處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,，規(guī)模化工業(yè)的生產(chǎn)尚需作進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究,。
8）其他提純方法
由于不同石英砂制品對雜質(zhì)礦物含量的不同要求,，有時也采用一些其他的提純方法作進(jìn)一步提純，如電選利用石英與雜質(zhì)礦物在電性上微小的差別,，可選出微量金屬雜質(zhì)礦物,；熱氯化方法可除去石英中的氣、液相雜質(zhì)和雜質(zhì)礦物,、金屬包裹體對工藝過程中的表面污染，達(dá)到對石英砂進(jìn)一步提純,。
三,、石英砂的檢測
石英砂的檢測主要包括以下幾個方面：白度檢測,、二氧化硅檢測,、鐵含量及鋁含量檢測等,。
石英砂的主要規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)：
石英砂技術(shù)指標(biāo)：
如果你想更全面了解石英砂的提純與檢測技術(shù)，不妨在“2017石英砂精細(xì)加工及應(yīng)用技術(shù)交流會”中由中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院陳健研究員帶來的《石英砂的提純與檢測技術(shù)》報告中找答案,。
姓名：陳健
職稱：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院應(yīng)用技術(shù)研究所研究員
專業(yè)：材料物理與化學(xué)
主要從事新材料的理論研究與制備和應(yīng)用技術(shù)開發(fā),。在Al-Si合金法提純硅料的理論研究中,，提出了表觀偏析系數(shù)的概念和計算方法并用于提純動力學(xué)的研究,，證明了動力學(xué)因素是控制提純效率的一個關(guān)鍵參數(shù)，在該理論的指導(dǎo)下,，通過研究提純時的溫度場，熔體流場,，電磁場以及雜質(zhì)元素的耦合交互作用,，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了幾種新的提純機(jī)制,，關(guān)鍵雜質(zhì)元素B和P的提純效率得到大幅度提高，均刷新了行業(yè)的記錄并突破了Al-Si-X三元體系熱力學(xué)提純效率理論極限,，為太陽級硅料生產(chǎn)核心技術(shù)的突破打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),。
在加拿大6N Silicon Inc.工作時發(fā)明了Al-Si合金法提純硅料時初晶硅高效分離及副產(chǎn)品綜合利用技術(shù),，使生產(chǎn)成本大幅度降低,，在世界上首次實(shí)現(xiàn)Al-Si合金法提純硅料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),，該技術(shù)在加拿大獲得多個獎項(xiàng)和北美主流媒體的廣泛關(guān)注和報導(dǎo)。
開發(fā)的熱處理技術(shù)能夠減小Al-Mg合金的時效軟化效應(yīng),，在生產(chǎn)中每年能夠節(jié)省大量的鋁合金,；開發(fā)的磁性形狀記憶合金在美國海軍的某型號戰(zhàn)術(shù)巡航導(dǎo)彈飛行姿態(tài)控制裝置和加拿大海軍海底潮流能量捕獲裝置上試用,。
發(fā)表論文60余篇,，并申請專利10余項(xiàng),。
目前作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)中科院百人計劃，國家自然科學(xué)基金等研究項(xiàng)目,。
