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“高純石英砂”是什么？
高純石英砂是指SiO2含量在99.95%以上或者更高,，F(xiàn)e2O3含量在0.0001%以下,，Al2O3含量在0.01%以下的石英砂。主要應(yīng)用在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)如航空航天,、生物工程,、高頻率技術(shù)、電子技術(shù),、光纖通信和軍工等領(lǐng)域,。
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何謂“高純石英原料”？
“高純石英原料”是指那些能被現(xiàn)有成熟的礦物加工技術(shù)將其SiO2純度提純至99.9%及以上的天然石英礦物資源,，提純后的高純石英砂滿足現(xiàn)代高新產(chǎn)業(yè)使用效能的嚴(yán)格要求,。
“高純石英原料”與“玻璃硅質(zhì)原料”都是被賦予經(jīng)濟(jì)意義的以石英礦物為主的工業(yè)礦物原料名稱，但二者的礦物加工產(chǎn)品瞄準(zhǔn)的應(yīng)用領(lǐng)域差異明顯,，玻璃硅質(zhì)原料主要用以生產(chǎn)平板玻璃和器皿玻璃,，而高純石英原料是用于制造光纖、石英坩堝,、石英玻璃,、單晶硅和多晶硅等高新技術(shù)產(chǎn)品的一類特殊石英資源。高純石英原料更符合現(xiàn)代高新產(chǎn)業(yè)對(duì)原料極高化學(xué)純度的特征要求,。
高純石英礦床需要滿足哪些條件,？
研究表明：規(guī)模大、品位高、品質(zhì)好的高純石英礦床有3個(gè)基本地質(zhì)條件：
硅源充足,；
無(wú)同期金屬礦床伴生以保證硅源和礦石的純度,；
動(dòng)定相宜的構(gòu)造環(huán)境以提供大規(guī)模硅質(zhì)運(yùn)移通道、穩(wěn)定的壓力-溫度和充分的高純石英結(jié)晶時(shí)間(P-T-t)以及足夠的成礦空間,。
美國(guó)尤尼明公司認(rèn)為高純石英的提純極限與其原料的品質(zhì)密切相關(guān),，并對(duì)高純石英原料的礦床地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行了研究，認(rèn)為獨(dú)特的石英礦床的地質(zhì)作用導(dǎo)致石英動(dòng)力學(xué)重結(jié)晶,，石英顆粒的晶體塑性變形,，晶體內(nèi)空隙雜質(zhì)沿著新形成的顆粒界限集中，與變形運(yùn)動(dòng)相隨的液體,，有助于這些雜質(zhì)的溶解和遷移,，使雜質(zhì)從重新結(jié)晶的石英顆粒中移出。
如何除鐵雜質(zhì),？
一般鐵在石英礦中以以下常見(jiàn)的六種形式存在：
以細(xì)微粒狀賦存在粘土或高嶺土化的長(zhǎng)石中,；
以氧化鐵薄膜形式附著于石英顆粒表面；
鐵礦物（赤鐵礦,、磁鐵礦,、鏡鐵礦、鈦鐵礦等）或含鐵礦物（云母,、角閃石,、石榴子石等）；
在石英顆粒內(nèi)部呈浸染或透鏡狀態(tài),；
以固溶體狀態(tài)存在于石英晶體內(nèi)部,；
破碎磨礦過(guò)程中會(huì)混入一定量的次生鐵。
針對(duì)不同形式的鐵雜質(zhì),，選用以下不同選礦提純方法：
（1）篩分,、分級(jí)
主要應(yīng)用在鐵雜質(zhì)以微細(xì)粒狀存在于粘土礦物中時(shí)或者石英原礦泥化現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，采用此法可以有效地將之除去,，提高SiO2的含量,。近年來(lái)隨著細(xì)篩技術(shù)的進(jìn)步和微小型旋流器的應(yīng)用，分級(jí)粒度越來(lái)越小,，對(duì)有效去除微細(xì)粒的鐵雜質(zhì)非常有效,。
（2）擦洗
主要用來(lái)脫除石英礦表面的薄膜或者鐵銹以及粘性、泥性雜質(zhì)礦物,，再經(jīng)過(guò)分級(jí)作業(yè)將它們除去，從而達(dá)到提純的目的,。目前,，主要有棒磨擦洗和超聲波擦洗。對(duì)于機(jī)械擦洗，影響因素主要包括擦洗機(jī)的結(jié)構(gòu),、配置形式以及擦洗時(shí)間,、擦洗濃度等。研究表明,，擦洗濃度在50%~60%之間效果最好,，濃度過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)降低雜質(zhì)礦物的擦除效果,，而且在一定程度上反而加大了石英砂的提純難度,；擦洗時(shí)間原則上以初步達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求為準(zhǔn)，不宜過(guò)長(zhǎng),。時(shí)間過(guò)長(zhǎng),，會(huì)加大設(shè)備磨損，提高能耗,，增加選礦成本,。
（3）化學(xué)酸浸
酸浸法經(jīng)常用于除去石英顆粒表面的薄膜鐵和石英顆粒內(nèi)部的鐵雜質(zhì)，也用來(lái)除去其它雜質(zhì),。緣于石英不溶于酸（除HF例外）,，其他雜質(zhì)礦物能被酸溶解的特點(diǎn)。常用的酸有硫酸,、鹽酸,、硝酸、氫氟酸和草酸等,；通常在酸浸過(guò)程中加入綠礬,，亞硫酸鹽等還原劑，更有利于雜質(zhì)礦物的浸出,。酸的濃度,、酸的用量、酸浸的時(shí)間,、溫度以及礦漿攪拌均會(huì)影響石英砂的浸出效果,。試驗(yàn)表明，混合酸的浸出好于單一酸的浸出效果,。缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,、成本高、污染環(huán)境,、浸出時(shí)間長(zhǎng),。
（4）浮選法
浮選法主要用于除去石英顆粒內(nèi)呈浸染狀或透鏡狀的鐵以及存在于云母、角閃石等礦物中的鐵,，另外用浮選也可脫除破碎和磨礦混入的次生鐵,。常用的浮選方法是用H2SO4做pH調(diào)整劑和陰陽(yáng)離子混合捕收劑除鐵,，或者用HF為活化劑和陽(yáng)離子胺類捕收劑的氫氟酸法或者用陰離子捕收劑，在抑制劑的作用下除去鐵雜質(zhì),。
（5）重選,、磁選
主要用來(lái)除去石英礦中的含鐵的重礦物、鐵礦物,、泥性礦物以及破碎磨礦混入的次生鐵,，以提高石英砂的質(zhì)量。重選包括水洗脫泥,、水力分級(jí)和搖床選礦三種,，常用的設(shè)備主要是螺旋選礦機(jī)、溜槽和搖床等,，搖床的分選效果較好,。
磁選是利用石英和含鐵礦物磁性的不同而進(jìn)行分選的一種方法，可以最大限度地除去包括連生體在內(nèi)的赤鐵礦,、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質(zhì)礦物,。磁選的次數(shù)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度對(duì)磁選除鐵有顯著影響，隨磁選次數(shù)和磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加,，除鐵量顯著增加,。尤其是近年高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)的發(fā)明，對(duì)非金屬礦物的提純有顯著效果,。
電磁漿料高梯度磁選機(jī)
（來(lái)源：山東華特磁電科技股份有限公司）
立環(huán)強(qiáng)磁選機(jī)
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電磁干粉高梯度磁選機(jī)
（來(lái)源：濰坊邁基特磁電設(shè)備有限公司）
（6）微生物浸除法
主要應(yīng)用于石英表面的薄膜鐵或浸染鐵,。國(guó)外在這方面做的工作比較多，國(guó)內(nèi)很少有這方面的報(bào)道,。有研究表明,，用黑曲霉素菌、青霉,、假單胞菌,、多粘菌素桿菌等微生物對(duì)石英表面薄膜鐵浸除時(shí)，均取得了良好的效果,，其中以黑曲霉素菌除鐵效果最佳,，Fe2O3的浸除率多在75%以上，精礦Fe2O3的品位低達(dá)0.007%,。
如何除鋁雜質(zhì),？
石英礦中的鋁雜質(zhì)主要以長(zhǎng)石，云母和粘土礦物的形式存在,，對(duì)于粘土礦物,，采用擦洗和分級(jí)脫泥方法即可除去。而對(duì)于以長(zhǎng)石形式存在的含鋁礦物,，與石英的有效分離一直以來(lái)是選礦界的難點(diǎn),，尤其是長(zhǎng)石和石英的分離,。因?yàn)槎咄瑢偌軤罟杷猁}礦物,，物理性質(zhì)極其相似,，用重選和磁選無(wú)法將其分離。最有效的方法是浮選法,，在深度提純時(shí)也使用混合酸浸出法,。
（1）有氟浮選法
以HF做調(diào)整劑，在陽(yáng)離子捕收劑體系下對(duì)長(zhǎng)石和石英浮選分離,，在實(shí)踐中被公認(rèn)為最合適的藥劑制度,，所以，到今天為止,，世界仍有很多工廠用這一工藝進(jìn)行長(zhǎng)石的生產(chǎn)和石英的提純,。但是由于HF有劇毒，對(duì)環(huán)境有很大的污染以及對(duì)設(shè)備腐蝕也相當(dāng)嚴(yán)重,，現(xiàn)已不使用或被禁止使用,，無(wú)氟浮選工藝也逐漸普及。
（2）無(wú)氟浮選法
無(wú)氟浮選法是針對(duì)有氟浮選法對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重影響而迅速發(fā)展起來(lái)的一種方法,，主要分為酸性浮長(zhǎng)石法,、中性浮長(zhǎng)石法和堿性浮石英法，其中以酸性浮選長(zhǎng)石法最為成熟,，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn),。
（3）氯化焙燒
氯化焙燒又稱氯化脫氣，利用顆粒表面與內(nèi)部在高濃氯氣作用下產(chǎn)生的化學(xué)位梯度,，促使氣液包裹體擴(kuò)散出去,。石英顆粒表層的堿金屬、堿土金屬和殘余的包裹體等雜質(zhì)在高溫下與氯氣反應(yīng)生成氣態(tài)氯化物,，相較于其他金屬離子,，Al和B的反應(yīng)活性較低，高溫氣流將這些雜質(zhì)元素的氯化物帶走,，從而達(dá)到深度提純的目的,。
氯化焙燒是一種深度提純工藝，成本較高,，處理能力有限,，具有一定危險(xiǎn)性。當(dāng)前,，僅有美國(guó)尤尼明公司實(shí)現(xiàn)該工藝的工業(yè)應(yīng)用,，國(guó)內(nèi)有科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)進(jìn)行了嘗試,，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)取得部分成功,，但尚未見(jiàn)應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn),。
該工藝對(duì)進(jìn)料要求較高，一般是經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)工藝提純后,，SiO2純度達(dá)到99.99%,，雜質(zhì)總量小于100×10-6的石英砂才能滿足進(jìn)料要求，起氯化作用的氣體主要是Cl2,，可單獨(dú)使用,，也可與HCl混合煅燒，而高純N2和Ar的混入可降低廢氣處理壓力,。氯化焙燒的裝置多為自行設(shè)計(jì),，還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，仍處于不斷發(fā)展完善過(guò)程中,。
其他提純工藝有哪些,？
高溫真空法；
高溫?fù)诫s提純法,；
煅燒-酸淬法,；
微波爆裂法；
超聲波分散提純法,；
高壓靜電分離,；
輻照色選法等。
石英色選技術(shù),？
色選機(jī)中的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)礦物次品與合格品在顏色,、透明度上的差異，對(duì)分選裝置發(fā)出指令,，用氣嘴對(duì)次品噴射高壓氣體,，使之從合格品中剔除。礦物40mm以下用人工色選很不經(jīng)濟(jì),。在3~5mm范圍內(nèi),，色選機(jī)的效率很高。色選技術(shù)可以用于分選石英礦中,，透明石英與乳石英（milky quartz）,、薔薇石英（rose quartz）、煙晶（smoky quartz）等有色礦物,。
石英石專用色選機(jī)
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自由落體式礦石色選機(jī)
（來(lái)源：安徽捷泰智能科技有限公司）
石英砂色選機(jī)
（來(lái)源：合肥百特光電科技有限公司）
雙層粉料礦石色選機(jī)
（來(lái)源：安徽中科光電色選機(jī)械有限公司）
高純石英的檢測(cè)技術(shù),？
由于高純石英純度高，需要測(cè)試的元素種類較多,，常用的分析化學(xué)法和Ｘ射線熒光光譜法（XRF）均難以達(dá)到要求,。目前普遍采用的測(cè)試方法是電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES），該方法具有靈敏度高,、精確度好,、基體效應(yīng)小,、選擇性高、標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn),，對(duì)金屬元素具有良好的檢出限,，可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)數(shù)種元素同時(shí)進(jìn)行測(cè)定。
ICP-OES
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“四個(gè)一體”高純石英技術(shù),？
高純石英技術(shù)包括高純石英原料選擇技術(shù),、加工工藝技術(shù)、加工裝備技術(shù)和質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)等四個(gè)方面,，它們是既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系和相互制約的技術(shù)整體,。因此,，發(fā)展我國(guó)高純石英技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，僅僅從某個(gè)方面努力是難以達(dá)到效果的,。因?yàn)樵线x擇技術(shù)是高純石英技術(shù)的基礎(chǔ)和前提,，在缺少高純石英原料選擇技術(shù)情況下，難以獲得高品質(zhì)原料,；在缺少高品質(zhì)原料情況下,，難以加工出高端產(chǎn)品；在缺少加工裝備技術(shù)情況下,，難以實(shí)現(xiàn)高端產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化,；在缺少質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)情況下，各項(xiàng)工作將都難以開(kāi)展,。
附相關(guān)圖表：
圖1-4高純石英礦處理流程圖
參考資料：
汪靈等.中國(guó)高純石英技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展前景.成都理工大學(xué)
汪靈等.我國(guó)高純石英加工技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議.成都理工大學(xué)
丁亞卓.低品位石英礦提純制備高純度石英的研究.東北大學(xué)
吳逍.高純石英原料選擇評(píng)價(jià)及提純工藝研究.西南科技大學(xué)
周亢.提高石英浮選提純效果的研究.華南理工大學(xué)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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