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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。
（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(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(yùn)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(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(xì)粒狀存在于粘土礦物中時或者石英原礦泥化現(xiàn)象嚴(yán)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(xì)篩技術(shù)的進(jìn)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(xì)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(dá)到提純的目的。目前，主要有棒磨擦洗和超聲波擦洗。對于機(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(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求為準(zhǔn)，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(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(yàn)表明，混合酸的浸出好于單一酸的浸出效果。缺點(diǎn)是對設(shè)備腐蝕嚴(yán)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(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)和磁場的強(qiáng)度對磁選除鐵有顯著影響，隨磁選次數(shù)和磁場強(qiáng)度的增加，除鐵量顯著增加。尤其是近年高梯度強(qiáng)磁場磁選機(jī)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(jī)
（來源：山東華特磁電科技股份有限公司）
立環(huán)強(qiáng)磁選機(jī)
（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(jī)
（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(dá)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(diǎn)，尤其是長石和石英的分離。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(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(dāng)嚴(yán)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(yán)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(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，具有一定危險性。當(dāng)前，僅有美國尤尼明公司實(shí)現(xiàn)該工藝的工業(yè)應(yīng)用，國內(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，但尚未見應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
該工藝對進(jìn)料要求較高，一般是經(jīng)過傳統(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，還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)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?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(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)
（來源：合肥谷鑫電子科技有限公司）
自由落體式礦石色選機(jī)
（來源：安徽捷泰智能科技有限公司）
石英砂色選機(jī)
（來源：合肥百特光電科技有限公司）
雙層粉料礦石色選機(jī)
（來源：安徽中科光電色選機(jī)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)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(dú)立，又相互聯(lián)系和相互制約的技術(shù)整體。因此，發(fā)展我國高純石英技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，僅僅從某個方面努力是難以達(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)量檢測技術(shù)情況下，各項(xiàng)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）
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