高純石英砂提純工藝壁壘何在？
原標(biāo)題：高純石英砂提純工藝壁壘何在？
生產(chǎn)高純石英砂需要同時(shí)具備較高的礦石質(zhì)量和先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備及工藝，目前全球能夠供應(yīng)高純度石英砂企業(yè)包括美國(guó)西比科公司（SIBELCO NORTH AMERICA,INC.）、挪威天闊石（The Quartz Corp）、日本的石英砂公司（Covalent Materials Corporation）等。
高純石英過去一般選用天然水晶為原料，再經(jīng)過精選提純加工后，才能達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)要求。但在世界范圍內(nèi)，高品級(jí)石英原料緊缺，天然水晶儲(chǔ)量逐年減少，價(jià)格昂貴，并逐漸趨向枯竭，采用其他硅質(zhì)礦物資源替代天然水晶石具有非常重要意義。上個(gè)世紀(jì)至本世紀(jì)，全球包括我國(guó)開始加大了用石英礦制備高純石英砂的技術(shù)攻關(guān)并取得了較大突破。
制備高純石英主要通過化學(xué)合成、天然水晶加工及石英礦物深度提純?nèi)N途徑，但由于化學(xué)合成、天然水晶加工的制備受原料、成本、產(chǎn)量等方面制約，難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，因此，通過礦物加工來制備高純石英途徑及提純技術(shù)是過去及當(dāng)下重點(diǎn)研究就運(yùn)用方向。
高純石英的提純工藝首先將脈石英或石英巖破磨到所需要的粒度并脫除部分雜質(zhì)，再通過物理和化學(xué)方式分離或者溶解雜質(zhì)。整個(gè)提純過程可以簡(jiǎn)單概括為預(yù)處理、物理處理和化學(xué)處理三個(gè)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方法。根據(jù)原礦成分與品位設(shè)計(jì)相應(yīng)石英提純工藝：鈉含量較高石英礦需要進(jìn)行高溫煅燒，鈣鎂較高的碳酸鹽礦物需要進(jìn)行鹽酸預(yù)處理。
具體來看，高純石英砂的提純?nèi)蟛襟E分別如下：
（1）預(yù)處理環(huán)節(jié)。預(yù)處理階段目的是初步篩選雜質(zhì)或?qū)⑹⒃掀扑榈接欣陔s質(zhì)釋放與后續(xù)處理的所需粒度,一般采用機(jī)械破碎、電動(dòng)粉碎、光學(xué)分選、超聲破碎、熱沖擊破碎等處理方式。石英粉碎處理需要考慮到有效單體的解離效果和粉碎過程中二次污染兩個(gè)方面因素。石英解離過程中為了避免鐵雜質(zhì)二次污染影響和提高解離效果，可采取熱力粉碎、高壓脈沖粉碎、超聲破碎手段，這些方法缺點(diǎn)是能耗大、成本高，而傳統(tǒng)機(jī)械法相較于上述方法具有低成本和較高二次污染特點(diǎn)。傳統(tǒng)機(jī)械法是使用顎式破碎機(jī)或錐形破碎機(jī)將礦物粉碎到所需的粒度，顆粒形態(tài)為不規(guī)則棱角狀。
（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)。傳統(tǒng)摩擦是借助機(jī)械力和砂粒間磨剝力來除去表面薄膜鐵、粘結(jié)及泥性雜質(zhì)礦物和進(jìn)一步擦碎未成單體礦物集合體，再經(jīng)分級(jí)作業(yè)達(dá)到進(jìn)一步提純效果。目前主要有棒摩擦洗和機(jī)械擦洗兩種方法。機(jī)械擦洗受機(jī)械結(jié)構(gòu)、擦洗時(shí)間、擦洗濃度等影響，回收率較低約40%；棒磨擦洗加入適當(dāng)試劑，回收率可達(dá)到80%。相比摩擦選礦，色選、磁選、浮選在提純和去除云母、長(zhǎng)石等雜質(zhì)方面更進(jìn)一步。
（3）化學(xué)處理階段。與物理選礦相比，化學(xué)處理去除雜質(zhì)的效率更高,可在微裂縫和晶界內(nèi)深度滲透的優(yōu)勢(shì)可更好地處理包裹體和晶格類型雜質(zhì)。酸洗、浸出和熱氯化是三種主要化學(xué)處理工藝。酸洗和浸出對(duì)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)。
然后探討，關(guān)于雜質(zhì)，哪種最難提純？
石英中的雜質(zhì)元素有多種，每種雜質(zhì)元素在石英中的含量和對(duì)提純加工的影響不盡相同，因此有必要考慮主要雜質(zhì)元素含量的上限，而不單純的設(shè)置總量上限。天然石英晶體常與多種礦物共（伴）生，如綠泥石、金紅石、電氣石、方解石、螢石、白云母、黑云母、閃鋅礦、赤鐵礦、黃鐵礦、綠簾石、堇青石、長(zhǎng)石、角閃石、石榴石、輝石、黃玉、鈦鐵礦和粘土礦物等，這些礦物是石英固體包裹體雜質(zhì)的主要來源。
Fe：針對(duì)不同形式的鐵雜質(zhì)，選用篩分、分級(jí)、擦洗、化學(xué)酸浸、浮選、重選、磁選以及微生物浸除法等不同選礦提純方法可以有效提純鐵雜質(zhì)。
Al：石英礦中的鋁雜質(zhì)主要以長(zhǎng)石，云母和粘土礦物的形式存在，對(duì)于粘土礦物，采用擦洗和分級(jí)脫泥方法即可除去。而對(duì)于以長(zhǎng)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難點(diǎn)，尤其是長(zhǎng)石和石英的分離。因?yàn)槎咄瑢偌軤罟杷猁}礦物，物理性質(zhì)高度相似，用重選和磁選無(wú)法將其分離。最有效的方法是浮選法，在深度提純時(shí)也使用混合酸浸出法。
因此，有學(xué)者通過根據(jù)石英中Al和Ti含量來判斷自然產(chǎn)出石英能否作為高純石英。通常Al和Ti在石英中的元素含量較高，通過簡(jiǎn)單的提純工藝很難將其除去，而精細(xì)提純會(huì)增加生產(chǎn)成本，因此石英中的Al和Ti的含量是制約石英純度主要因素。據(jù)此，當(dāng)石英中Al和Ti含量分別小于25ug/g和10μg/g天然石英，可歸結(jié)為高純石英范疇。
綜上，我們認(rèn)為，高純石英砂提純技術(shù)流程并不復(fù)雜，但是能否甄別礦石并通過組合工藝實(shí)現(xiàn)部分雜質(zhì)的極致化提純則是難點(diǎn)所在，尤其是對(duì)于一些特定元素的去除。
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