中國粉體網(wǎng)訊 隨著太陽能、光纖通信和電子工業(yè)等行業(yè)蓬勃發(fā)展，對石英原料的需求量和品質(zhì)要求日益提高。水晶曾是制備高純度石英砂的重要原料，但由于水晶資源日漸枯竭，以石英礦石代替水晶生產(chǎn)高純石英砂的需求愈發(fā)迫切。
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哪些礦物能加工提純出高純石英？
脈石英是一種幾乎全部由致密石英塊體組成的脈體，白色、乳白色，多呈粒狀結構，SiO2含量通常在98%左右，是加工高純石英理想的礦物原料之一。
巖漿型花崗偉晶巖石英是高溫巖漿緩慢結晶而成，巖漿溫度高冷卻時間長，石英體系中雜質(zhì)易析出，因而巖漿巖型花崗偉晶巖中的石英純度極高，氣液包裹體極少，可能會被加工為高純石英。
根據(jù)當前技術水平，人們可以從脈石英、石英巖、粉石英和偉晶巖等礦產(chǎn)資源中，甚至是一些金屬礦的尾礦中提純出高純石英。在眾多石英礦物礦床中，花崗偉晶巖是最為理想的提純高純石英的礦物。但根據(jù)目前的加工技術水平，僅有少數(shù)石英礦床適合加工為高純石英，且處理工藝極其復雜。
全球高純石英礦床資源分布情況
這些“平平無奇”的石頭，是如何變成國家戰(zhàn)略性物質(zhì)高純石英砂的呢？下面我們一起來了解一下它的“蛻變”之路。
整體來說，首先將脈石英或石英巖破磨到所需要的粒度并脫除部分的雜質(zhì)，再通過物理和化學方式分離或者溶解雜質(zhì)。整個提純過程可以簡單概括為預處理、物理處理和化學處理三個過程，具體為采用破碎、磨礦、篩分、磁選、酸洗、氯化焙燒等多種選礦提純方法。
（1）預處理階段
預處理階段目的是初步篩選雜質(zhì)或將石英原料破碎到有利于雜質(zhì)釋放與后續(xù)處理的所需的粒度，一般采用機械破碎、電動粉碎、光學分選、超聲破碎、熱沖擊破碎等處理方式。
（2）物理處理階段
物理選礦方法主要包含磨礦、色選、磁選、浮選等方法，一般用于處理石英中共伴生礦物雜質(zhì)。
磨礦是借助機械力和砂粒間的磨剝力來除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結及泥性雜質(zhì)礦物和進一步擦碎未成單體的礦物集合體，再經(jīng)分級作業(yè)達到石英砂進一步提純的效果。
磁選是根據(jù)礦石中礦物磁性差異，在不均勻磁場中實現(xiàn)礦物分離的選礦方法。弱磁場可除去磁性較強的雜質(zhì)礦物，如磁鐵礦；強磁場用來分離磁性較弱的雜質(zhì)礦物，如赤鐵礦、鈦鐵礦、石榴子石等。
浮選是根據(jù)礦物表面物理、化學性質(zhì)的差異從水的懸浮體（礦漿）中浮出固體礦物的選礦過程。浮選可以除去大多數(shù)的除石英以外的礦物顆粒，并實現(xiàn)富集石英的目的。浮選是從長石、云母等化學性質(zhì)相似的礦物中分離石英的主要方法。
（3）化學處理階段（深加工提純）
與物理選礦相比，化學處理去除雜質(zhì)的效率更高。酸洗、浸出和熱氯化是三種主要的化學處理工藝。酸洗和浸出對包裹體雜質(zhì)處理效果較好，而熱氯化可以清除較難處理的晶格雜質(zhì)。
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。酸洗是使用鹽酸或硫酸等溶解力較低的酸，而浸出則使用高溫的氫氟酸，以最有效地去除表面游離雜質(zhì)和富集在微裂紋和沿位錯的雜質(zhì)。Lei等通過焙燒、氫氧化鈉浸出和混合酸( 鹽酸、硝酸、氫氟酸) 浸泡處理工藝后，可制備出99.991% 的高純石英。
氯化焙燒又稱氯化脫氣，是指在一定條件下，在氯化劑作用下使礦物原料中的某些成分轉變?yōu)闅鈶B(tài)或凝聚態(tài)的氯化物，從而使組分分離或者富集的過程。氯化焙燒工藝是去除石英晶格雜質(zhì)的有效方法，在1000℃至 1200 ℃ 下，氯或氯化氫氣體使雜質(zhì)的金屬氧化物( Al2O3、Fe2O3、TiO2 等) 變?yōu)槁然飺]發(fā)排除。吳逍等以氯化銨為氯化劑，在 600 ℃、180 min 條件下將石英砂的雜質(zhì)含量從 1.53 × 10-4降低到3.107 × 10-5。
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)應用，國內(nèi)有科研機構、企業(yè)進行了嘗試，實驗室試驗取得部分成功，但尚未見應用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
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。
結語
從經(jīng)濟價值的角度來看，高純石英資源對我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的作用，直接影響到戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高效有序發(fā)展。目前我國在預處理、物理處理和化學酸浸處理工藝較為完善，提純關鍵步驟高溫氯化焙燒的應用較少，原因是生產(chǎn)工藝成本高，缺乏性質(zhì)穩(wěn)定的原礦、專業(yè)的工藝設備以及相應的人才配置。在我國快速發(fā)展的關鍵時刻，人們對于石英提純的工藝 及技術的進一步深化研究是非常必要的。
參考來源：
【1】馬超，等.高純石英原料礦物學特征與加工技術進展.礦產(chǎn)保護與利用.2019.
【2】龐慶樂，等.高純石英的加工技術及應用.江蘇陶瓷.2020.
【3】歐陽靜，等.石英礦物資源的提純及在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的應用技術分析.礦產(chǎn)保護與利用.2021.
【4】王九一.全球高純石英原料礦的資源分布與開發(fā)現(xiàn)狀.巖石礦物學雜質(zhì).2021.
【5】中國粉體網(wǎng)官網(wǎng).
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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