中國(guó)粉體網(wǎng)訊 高純石英廣泛應(yīng)用于電子信息、光伏、光通信和電光源等行業(yè)，在新材料、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中具有重要地位和作用。
來(lái)源：石英股份
高純石英技術(shù)包括原料選擇技術(shù)、提純工藝技術(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，其中以高純石英原料的識(shí)別、評(píng)價(jià)與選擇技術(shù)最為關(guān)鍵。
原料選擇技術(shù)
高純石英的質(zhì)量與雜質(zhì)含量并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，而是取決于其雜質(zhì)的工藝礦物學(xué)特征。不同石英礦的雜質(zhì)特征及含量不盡相同，因此對(duì)于高純石英原料，分析其雜質(zhì)特征是確定提純工藝及應(yīng)用方向的前提。
純度
關(guān)于高純石英硅質(zhì)原料純度的描述應(yīng)該包括SiO2的百分含量和影響提純的關(guān)鍵雜質(zhì)元素含量。因此，可以以SiO2、Al、(Ti+Li)的含量作為高純石英用硅質(zhì)原料評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的方案。
將高純石英用硅質(zhì)原料純度劃分為兩個(gè)品級(jí)：
高純硅質(zhì)原料：SiO2≥99.9%，Al≤700×10-6，Li+Ti≤200×10-6；
超純硅質(zhì)原料：SiO2≥99.995%，Al≤35×10 -6，Li+Ti≤10×10-6。
脈石礦物雜質(zhì)
脈石礦物主要影響高純石英原料礦石的初始品位和選礦產(chǎn)率。相較于包裹體、晶格雜質(zhì)等難去除雜質(zhì)，在高純石英提純加工過(guò)程中，脈石礦物和晶界雜質(zhì)相對(duì)容易去除，采用適當(dāng)方法去除后一般不會(huì)對(duì)高純石英最終純度產(chǎn)生影響。
包裹體雜質(zhì)
由于包裹體賦存于天然石英礦物中，在不破壞石英晶體結(jié)構(gòu)的條件下，只能實(shí)現(xiàn)少部分大尺寸包裹體的去除。包裹體是影響高純石英原料礦石質(zhì)量的最重要因素之一，當(dāng)高純石英中包裹體尤其是微細(xì)粒氣液兩相包裹體和礦物包裹體過(guò)多時(shí)，會(huì)對(duì)高純石英的產(chǎn)品性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響：一方面包裹體中的雜質(zhì)元素（如Ti、Li、K、Na等）會(huì)導(dǎo)致高純石英純度降低，影響產(chǎn)品品質(zhì)；另一方面，制成產(chǎn)品后產(chǎn)品中細(xì)小的氣液兩相包裹體在高溫下會(huì)逐漸膨脹匯聚，進(jìn)而影響高純石英產(chǎn)品性能。
評(píng)價(jià)高純石英原料礦石時(shí)，對(duì)石英礦物中包裹體的類(lèi)型、形態(tài)、大小、數(shù)量等特征進(jìn)行研究是十分必要的。
其中，石英中熔融包裹體主要由Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等主量元素組成，一般認(rèn)為熔融包裹體是花崗偉晶巖型石英礦物中B和P雜質(zhì)主要污染源，也是Li雜質(zhì)的污染源之一。流體包裹體中含有Na、K、Al和Ca等雜質(zhì)，是石英中堿金屬雜質(zhì)的主要來(lái)源，因此，選擇流體包裹體少或無(wú)流體包裹體的石英原料是制備高純石英的關(guān)鍵。
晶格雜質(zhì)
石英中常見(jiàn)的晶格雜質(zhì)元素有Al、Ti、Li、Na、K、Ge、OH等，這些雜質(zhì)元素含量通常超過(guò)1×10-6，很難利用經(jīng)濟(jì)的選礦手段和化學(xué)提純方法除去，是影響高純石英純度和產(chǎn)品性能的重要因素之一。
石英晶格的外來(lái)元素中，Al的研究和分析是最重要的，是判斷高純石英礦物原料品質(zhì)的重要標(biāo)志物，這是因?yàn)槠湎噍^天然石英中其他雜質(zhì)元素，Al含量往往最高，也最容易通過(guò)測(cè)試分析方法分析出來(lái)。當(dāng)石英中存在大量Al雜質(zhì)時(shí)，Li、K、Na等雜質(zhì)元素的含量會(huì)增加。除Al外，Ti也是判斷高純石英礦物原料品質(zhì)的重要標(biāo)志物之一，由于Ti-O鍵非常穩(wěn)定，不易破壞，無(wú)論是晶格間Ti還是包裹體中的含Ti礦物，均很難通過(guò)常規(guī)的選礦手段和化學(xué)提純方式經(jīng)濟(jì)合理除去，因此當(dāng)石英中Ti含量超過(guò)一定程度時(shí)，其也很難加工成高純石英。
提純加工技術(shù)
石英的選礦提純技術(shù)可以分為物理提純和化學(xué)提純兩個(gè)階段。不同石英提純技術(shù)所去除的雜質(zhì)類(lèi)型是有針對(duì)性的。物理提純的目的是石英與共伴生礦物的分離和石英表面附著膜、泥樣礦物的分離，解決石英礦物外部雜質(zhì)問(wèn)題，屬于初步提純，是化學(xué)提純的基礎(chǔ)；化學(xué)提純的目的是去除石英內(nèi)部的微小礦物包裹體、氣液包裹體和晶格雜質(zhì)，解決石英內(nèi)部礦物雜質(zhì)問(wèn)題，屬于深度提純。
物理提純是關(guān)鍵性的基礎(chǔ)提純，只有石英與共伴生礦物、表面吸附物完全解離分離，才能保障化學(xué)提純效果。物理提純技術(shù)主要包括水洗-分級(jí)脫泥、擦洗、重選、磁選、浮選、煅燒-水淬、色選等�；瘜W(xué)提純技術(shù)主要包括酸浸、氯化焙燒、高溫爆裂、微波輻射、微生物等方法。高溫爆裂和物理提純中的煅燒-水淬都是為了使石英晶體表面和內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，使包裹體爆裂，以利于酸浸清洗包裹體內(nèi)部雜質(zhì)，高溫爆裂和酸浸是化學(xué)提純中的基礎(chǔ)常用技術(shù)。氯化焙燒是去除石英晶格雜質(zhì)十分有效的手段，屬于深度提純中的關(guān)鍵技術(shù)，微波輻射方法是針對(duì)氣液包裹體除雜而開(kāi)展的研究，微生物方法是針對(duì)石英表面雜質(zhì)分離而開(kāi)展的研究。
加工裝備技術(shù)
石英加工提純離不開(kāi)相關(guān)的裝備。其中，在水洗、分級(jí)工藝中，水洗分級(jí)設(shè)備主要用于各行業(yè)用硅砂的嚴(yán)格分級(jí)及精選，常用的水洗分級(jí)設(shè)備有螺旋分級(jí)機(jī)、水力旋流器、氣流分級(jí)機(jī)、振動(dòng)篩等。
在破碎、研磨中，研磨設(shè)備包括球磨機(jī)、棒磨機(jī)、立式行星球磨機(jī)、砂磨機(jī)、振動(dòng)磨以及氣流磨等。
重選是利用不同種類(lèi)礦物顆粒的形狀、粒度、密度存在相對(duì)差別，所以在水、空氣等介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的軌跡和速度也不同，使得目標(biāo)礦物與雜質(zhì)礦物分離的選礦技術(shù)，石英砂礦重選較為普遍的設(shè)備有螺旋選礦機(jī)、搖床、溜槽等。
色選是利用純凈石英砂呈現(xiàn)白色，而雜質(zhì)礦物多為其它顏色的特點(diǎn)，使用色選機(jī)的光電探測(cè)技術(shù)自動(dòng)挑選出異色的雜質(zhì)礦物，色選機(jī)主要由給料系統(tǒng)、光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和分離執(zhí)行系統(tǒng)組成。
浮選是能夠除去石英砂中混入的長(zhǎng)石、云母等獨(dú)立脈石礦物顆粒。石英的物理性質(zhì)、化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)石相似，而浮選可以使兩者很好地分離。常用的浮選機(jī)有攪拌式浮選機(jī)、棒型浮選機(jī)等。
磁選是在磁場(chǎng)中，非磁性的石英不能被磁化，石英中有些礦物雜質(zhì)是磁性物質(zhì)，能夠被磁化的，通過(guò)磁性上的差異，在磁場(chǎng)中可以使石英與磁性雜質(zhì)礦物分離。常用的磁選裝備有電磁干粉除磁機(jī)、永磁筒式磁選機(jī)、強(qiáng)磁板式磁選機(jī)、立環(huán)高梯度磁選機(jī)、電磁漿料磁選機(jī)、超導(dǎo)磁選機(jī)等。
電選是根據(jù)在電場(chǎng)作用下，不同種類(lèi)礦物的荷電量和極性不同，引起礦物顆粒在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速率和方向不同，從而進(jìn)行礦物與雜質(zhì)的分離。電選裝備，作為成熟的物理選礦設(shè)備，具有技術(shù)成熟、控制簡(jiǎn)便、效果穩(wěn)定等特點(diǎn)，也可以有效降低高純石英中的金屬雜質(zhì)，減少后續(xù)工藝復(fù)雜性，在高純石英除雜中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。
酸洗工藝中，因石英砂中的金屬氧化物等雜質(zhì)可與混合酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶解的酸化沉渣，從而將雜質(zhì)分離，進(jìn)而達(dá)到提純石英砂的目的。酸洗過(guò)程通常在密閉的酸反應(yīng)釜中進(jìn)行。
在熱處理工藝中，高溫爆裂法、氯化焙燒法等通常采用高溫氯化爐、焙燒爐進(jìn)行石英砂的熱反應(yīng)處理。
質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)
礦床成因研究、高純石英用硅質(zhì)原料品級(jí)劃分和高純石英砂產(chǎn)品質(zhì)量情況需要實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試技術(shù)支撐。
在高純石英檢測(cè)行業(yè)還沒(méi)有統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，高純石英的主要成分是SiO2，針對(duì)于SiO2檢測(cè)技術(shù)，主要有分為兩大類(lèi)，即化學(xué)分析法和儀器分析法�；瘜W(xué)分析法包括動(dòng)物膠凝聚重量法、聚環(huán)氧乙烷凝聚重量法、高氯酸脫水重量法、四氟化硅直接揮發(fā)重量法、硅氟酸鉀滴定法、硅鉬藍(lán)光度法、氟硅酸鉀容量法等，而聚環(huán)氧乙烷凝聚重量法和動(dòng)物膠凝聚重量法因?yàn)闇?zhǔn)確度高，所以被列為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。儀器分析法包括Ｘ射線(xiàn)熒光光譜法（XRF）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-MS）等。
結(jié)語(yǔ)
隨著高新技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，高純石英的戰(zhàn)略地位日益突顯，對(duì)其品質(zhì)也提出了日益嚴(yán)苛的要求。
高純石英生產(chǎn)是依靠綜合技術(shù)的系統(tǒng)性工程，包括資源選擇、加工提純技術(shù)、生產(chǎn)裝備水平和檢驗(yàn)分析技術(shù)，是既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系和相互制約的一個(gè)整體。對(duì)于高純石英原料不能僅以SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，還要考慮石英礦物的嵌布特征、伴生的脈石礦物種類(lèi)、包裹體含量及大小、類(lèi)質(zhì)同象雜質(zhì)分布等。然后再根據(jù)這些特征選擇合適的提純工藝及加工裝備。
參考來(lái)源：
唐春花等.高純石英用硅質(zhì)原料地質(zhì)勘查中的基本概念和關(guān)鍵技術(shù)及江西資源前景
武志超等.高純石英應(yīng)用及化學(xué)提純技術(shù)研究進(jìn)展
張亮等.關(guān)于高純石英原料礦石地質(zhì)學(xué)評(píng)價(jià)方法的探討
滕偉峰.高純石英提純加工及酸浸廢水處理工藝研究
韋聰?shù)?高純石英 SiO2 純度檢測(cè)方法的研究
汪靈.高純石英的概念及其原料品級(jí)劃分
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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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