中國粉體網(wǎng)訊  

“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。

（來源：網(wǎng)絡(luò)）

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個基本地質(zhì)條件：

硅源充足；

無同期金屬礦床伴生以保證硅源和礦石的純度；

動定相宜的構(gòu)造環(huán)境以提供大規(guī)模硅質(zhì)運移通道,、穩(wěn)定的壓力-溫度和充分的高純石英結(jié)晶時間(P-T-t)以及足夠的成礦空間,。

美國尤尼明公司認為高純石英的提純極限與其原料的品質(zhì)密切相關(guān)，并對高純石英原料的礦床地質(zhì)特點進行了研究,，認為獨特的石英礦床的地質(zhì)作用導(dǎo)致石英動力學(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,，與變形運動相隨的液體,，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的六種形式存在：

以細微粒狀賦存在粘土或高嶺土化的長石中；

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,；

破碎磨礦過程中會混入一定量的次生鐵,。

針對不同形式的鐵雜質(zhì)，選用以下不同選礦提純方法：

（1）篩分,、分級

主要應(yīng)用在鐵雜質(zhì)以微細粒狀存在于粘土礦物中時或者石英原礦泥化現(xiàn)象嚴重時,，采用此法可以有效地將之除去，提高SiO₂的含量,。近年來隨著細篩技術(shù)的進步和微小型旋流器的應(yīng)用,，分級粒度越來越小，對有效去除微細粒的鐵雜質(zhì)非常有效,。

（2）擦洗

主要用來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)過分級作業(yè)將它們除去,，從而達到提純的目的,。目前，主要有棒磨擦洗和超聲波擦洗,。對于機械擦洗,，影響因素主要包括擦洗機的結(jié)構(gòu)、配置形式以及擦洗時間、擦洗濃度等,。研究表明,，擦洗濃度在50%~60%之間效果最好，濃度過大或過小,，都會降低雜質(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；擦洗時間原則上以初步達到產(chǎn)品質(zhì)量要求為準,，不宜過長,。時間過長，會加大設(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,。常用的酸有硫酸,、鹽酸、硝酸,、氫氟酸和草酸等,；通常在酸浸過程中加入綠礬，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,、酸浸的時間,、溫度以及礦漿攪拌均會影響石英砂的浸出效果。試驗表明,，混合酸的浸出好于單一酸的浸出效果,。缺點是對設(shè)備腐蝕嚴重、成本高,、污染環(huán)境,、浸出時間長。

（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)整劑和陰陽離子混合捕收劑除鐵,，或者用HF為活化劑和陽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,、水力分級和搖床選礦三種，常用的設(shè)備主要是螺旋選礦機,、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)和磁場的強度對磁選除鐵有顯著影響,，隨磁選次數(shù)和磁場強度的增加,，除鐵量顯著增加。尤其是近年高梯度強磁場磁選機的發(fā)明,，對非金屬礦物的提純有顯著效果,。

電磁漿料高梯度磁選機

（來源：山東華特磁電科技股份有限公司）

立環(huán)強磁選機

（來源：沈陽隆基電磁科技股份有限公司）

電磁干粉高梯度磁選機

（來源：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。國外在這方面做的工作比較多,，國內(nèi)很少有這方面的報道,。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石英表面薄膜鐵浸除時,，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0.007%。

如何除鋁雜質(zhì),？

石英礦中的鋁雜質(zhì)主要以長石,，云母和粘土礦物的形式存在，對于粘土礦物,，采用擦洗和分級脫泥方法即可除去,。而對于以長石形式存在的含鋁礦物，與石英的有效分離一直以來是選礦界的難點,，尤其是長石和石英的分離,。因為二者同屬架狀硅酸鹽礦物,，物理性質(zhì)極其相似，用重選和磁選無法將其分離,。最有效的方法是浮選法,，在深度提純時也使用混合酸浸出法。

（1）有氟浮選法

以HF做調(diào)整劑,，在陽離子捕收劑體系下對長石和石英浮選分離,，在實踐中被公認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行長石的生產(chǎn)和石英的提純。但是由于HF有劇毒,，對環(huán)境有很大的污染以及對設(shè)備腐蝕也相當嚴重,，現(xiàn)已不使用或被禁止使用，無氟浮選工藝也逐漸普及,。

（2）無氟浮選法

無氟浮選法是針對有氟浮選法對環(huán)境有嚴重影響而迅速發(fā)展起來的一種方法,，主要分為酸性浮長石法、中性浮長石法和堿性浮石英法,，其中以酸性浮選長石法最為成熟,，實現(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，具有一定危險性,。當前,，僅有美國尤尼明公司實現(xiàn)該工藝的工業(yè)應(yīng)用，國內(nèi)有科研機構(gòu),、企業(yè)進行了嘗試,，實驗室試驗取得部分成功，但尚未見應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn),。

該工藝對進料要求較高,，一般是經(jīng)過傳統(tǒng)工藝提純后,，SiO₂純度達到99.99%，雜質(zhì)總量小于100×10^-6的石英砂才能滿足進料要求,，起氯化作用的氣體主要是Cl₂,，可單獨使用，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，還沒有統(tǒng)一的標準設(shè)備,，仍處于不斷發(fā)展完善過程中,。

其他提純工藝有哪些？

高溫真空法,；

高溫摻雜提純法,；

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)？

色選機中的光學(xué)檢測系統(tǒng)根據(jù)礦物次品與合格品在顏色,、透明度上的差異,，對分選裝置發(fā)出指令，用氣嘴對次品噴射高壓氣體,，使之從合格品中剔除,。礦物40mm以下用人工色選很不經(jīng)濟。在3~5mm范圍內(nèi),，色選機的效率很高,。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

（來源：合肥谷鑫電子科技有限公司）

自由落體式礦石色選機

（來源：安徽捷泰智能科技有限公司）

石英砂色選機

（來源：合肥百特光電科技有限公司）

雙層粉料礦石色選機

（來源：安徽中科光電色選機械有限公司）

高純石英的檢測技術(shù),？

由于高純石英純度高，需要測試的元素種類較多,，常用的分析化學(xué)法和Ｘ射線熒光光譜法（XRF）均難以達到要求,。目前普遍采用的測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,、標準曲線線性范圍寬等優(yōu)點,，對金屬元素具有良好的檢出限,，可以在短時間內(nèi)對數(shù)種元素同時進行測定,。

ICP-OES

（來源：網(wǎng)絡(luò)）

“四個一體”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)量檢測技術(shù)等四個方面，它們是既相互獨立,，又相互聯(lián)系和相互制約的技術(shù)整體,。因此，發(fā)展我國高純石英技術(shù)是一項系統(tǒng)工程,，僅僅從某個方面努力是難以達到效果的,。因為原料選擇技術(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，難以實現(xiàn)高端產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化,；在缺少質(zhì)量檢測技術(shù)情況下,，各項工作將都難以開展。

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價及提純工藝研究.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)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

注：圖片非商業(yè)用途,，存在侵權(quán)告知刪除,！