中國粉體網訊 在高純石英礦品質明確的前提下，應該采用哪種提純工藝流程？這需要基于石英礦石原料的工藝礦物學研究和可選性試驗結果而設計制定，其中，對于各種常用的提純方法的機理的認識更是必不可少。
焙燒與水淬
焙燒是針對石英在低于其熔點溫度下進行的一種高溫處理工藝，常與水淬工藝相關聯(lián)。石英礦在高溫焙燒和水淬處理的過程中，高溫受熱與低溫驟冷會導致礦物晶格內部內應力發(fā)生急劇變化，從而導致微裂紋的產生或直接破碎。通過焙燒和水淬處理，礦石的整體機械強度降低，使石英礦在制砂過程中更容易破碎成砂，從而有效地降低了能耗。
另外，在焙燒和水淬過程中，石英內部的氣液包裹體在受熱后會發(fā)生體積膨脹，從而使氣液包裹體附近產生微裂紋或破裂。而對于固體包裹體來說，由于雜質相與石英相在熱膨脹系數(shù)上存在差異，故而雜質相與石英相的相界面處在熱脹冷縮過程中容易發(fā)生破裂。這些微裂紋或破裂使得石英礦在后期提純過程中，處于石英內部的雜質相更易被徹底去除，從而獲得更高品質的高純石英砂。
此外，對于含多種礦物的石英礦床(如花崗偉晶巖)，焙燒和水淬還可以促進破碎時不同礦物相的解離，使石英與長石、云母等礦物更好的分離，從而減少石英與雜質礦物伴生顆粒的數(shù)量。
酸浸
在礦物加工行業(yè)，酸浸一般被用來從低品位礦石中提取目標金屬元素，例如銅礦、金礦和銀礦加工時的Cu、Au、Ag元素的化學浸出過程。相反，對于石英砂提純來說，酸浸是借助酸去除雜質的酸洗過程，其中涉及到脈石礦物溶解、雜質金屬元素溶解以及包裹體雜質去除的化學浸出過程，例如酸浸去除石英砂表面的褐鐵礦。
酸浸常用的酸有氫氟酸(HF)、鹽酸(HCI)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、草酸(H2C2O4)和高氯酸(HClO4)等。石英的特殊結構使其僅能溶解于氫氟酸，而不溶解于其他酸。借助這一特點，除氫氟酸外的酸可以用來去除石英中的Al、Fe、Li、Na、K等雜質金屬元素，且酸浸溶液中添加適量的氫氟酸則可以用來去除混在石英砂里面的少量脈石礦物。
浮選
浮選是一種基于礦物顆粒表面疏水性差異導致的不同顆粒間存在上浮或下沉的差異，從而使目標礦物在浮選槽礦漿中隨氣泡浮出或沉底的分離方法。浮選過程需要浮選藥劑、攪拌裝置和充氣裝置等相互配合才能達到分離不同礦物顆粒的效果。浮選藥劑的選擇是能否成功浮選分離不同礦物的關鍵。
浮選機工作示意圖（圖源：蔣雪松博士）
浮選過程通常會涉及到兩種或兩種以上浮選藥劑的交互作用，其中浮選藥劑包括捕收劑、pH調節(jié)劑、抑制劑、起泡劑和活化劑等。浮選藥劑的使用目的是引起或擴大目標礦物顆粒和其他顆粒的疏水性差異，從而使顆粒在浮選過程中表現(xiàn)出不同的上浮或下沉現(xiàn)象，最終使目標礦物浮出或沉在槽底。按照目標礦物在浮選過程中的不同行為，浮選可分為正浮選和反浮選。正浮選為目標礦物隨氣泡浮出浮選槽，而反浮選為目標礦物沉在浮選槽底部。
石英砂提純中浮選目的主要是分離石英砂和脈石礦物，主要涉及到石英與長石的分離、石英與云母的分離等。石英與伴生礦物長石的浮選分離是石英砂提純中最常見的浮選應用。
氯化
在冶金領域，氯化是一種用于分離提取礦物中有價值的金屬元素的常用方法，該方法一般通過氯化焙燒的方式實現(xiàn)。在氯化焙燒過程中，礦石中的有價值的金屬元素在氯化劑的作用下會形成金屬氯化物。與金屬元素本身或者其他種類的化合物相比，金屬氯化物具有低熔點、易揮發(fā)、易溶于水和易還原等特點，因此可以通過氯化焙燒工藝，使得有價值的金屬元素以氯化物的形式進行富集和提取，從而達到分離有價值金屬元素的目的。
根據(jù)物質形態(tài)，氯化劑可分為氣體氯化劑和固體氯化劑，并且各有優(yōu)缺點。從氯化機理方面來說，氣體氯化劑在氯化焙燒過程中直接參與氯化反應，反應過程簡單。對比之下，固體氯化劑的反應機理較為復雜。
在制備高純石英砂過程中，氯化焙燒常被用來去除石英晶格內的雜質金屬元素。一般來說，氯化焙燒為工藝流程的最后一步，用來去除經過磁選、浮選、酸浸等提純手段后石英晶格內殘存的雜質金屬元素。
針對不同的石英礦石原料，采用的石英提純工藝流程也都不一樣。具體采用哪些工藝，必須系統(tǒng)研究礦石原料特征、掌握各種提純工藝的原理，再加上反復試驗，才可能摸索出最佳的工藝流程。2025年4月23-24日，由中國粉體網、中粉會展主辦的“2025全國半導體行業(yè)用高純石英材料產業(yè)發(fā)展大會”將在江蘇南京召開，屆時來自中科院合肥物質科學研究院的蔣雪松博士，將做題為《天然礦石制備高純石英砂提純工藝機理分享》的報告。
蔣雪松博士將聚焦天然石英礦石制取高純石英砂的核心工藝，深入剖析幾種主流提純方法的機理及其在實踐應用中的挑戰(zhàn)，希望為高純石英砂行業(yè)的技術創(chuàng)新與優(yōu)化提供思路。
蔣博士現(xiàn)就職于中科院合肥物質科學研究院，同時擔任玖曦硅業(yè)技術總監(jiān)、聯(lián)合創(chuàng)始人，深耕硅基材料領域研究，主要包括高純石英材料制備、新型礦物分離技術開發(fā)、浮選藥劑配制與開發(fā)、礦物檢測技術開發(fā)等研究，發(fā)表SCI論文10余篇，擁有多項發(fā)明專利。精通石英礦石鑒定、高純石英砂生產工藝及其檢測技術，成功推進多項技術產業(yè)化。
資料來源：蔣雪松：高純石英砂制備及浮選機理研究，中國科學技術大學博士論文
（中國粉體網編輯整理/平安）
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