石英砂6大深加工技術

石英的加工和提純技術是隨著現代工業的需要而發展起來的，加工與提純可以給其帶來非常高的附加價值。當今社會對于石英的提純技術有著精礦質量好、提純速度快，還要具有較好的環保性及經濟效益的更高要求，石英的研究提純與加工技術對于國家長遠發展與新材料、新能源戰略具有重大意義。
　　
　　1、磁選工藝
　　
　　磁選提純法是一種通過磁場的作用除去石英礦中具有磁性雜質的提純工藝，不僅可以除去石英中具有磁性的雜質，還可以將帶有磁性雜質的包裹體除去。
　　
　　由于石英是非磁性物質，不能被磁場所磁化，而石英礦中的磁性雜質是可以被磁場磁化的。利用這一性質上的差異，在磁場中可以使兩者分離。
　　
　　在石英提純工藝中，磁選法對于除去磁性雜質是非常簡單且有效的。按照磁性強弱可將磁選分為強磁磁選和弱磁磁選，弱磁場的磁選可除去磁性較強的雜質礦物，如磁鐵礦；強磁場用來磁選磁性較弱的雜質礦物，如赤鐵礦、鈦鐵礦、石榴子石等。
　　
　　2、浮選工藝
　　
　　浮選提純法是利用石英礦物和雜質（主要是長石類硅酸鹽礦物）的晶體結構和表面性質的不同，通過各種捕收劑或表面活化劑來調節石英與雜質礦物的表面特性，使得雜質與石英分離的提純工藝。
　　
　　按照選擇捕收劑的不同，大體上有三種分類：一種是陽離子捕收劑浮選，一種是陰陽離子混合捕收劑浮選，第三種為陰離子捕收劑。最常用的陽離子捕收劑脂肪胺類的捕收劑，特點是受pH的影響較大。最常用的陰離子捕收劑是油酸或油酸納等，在沒有高價金屬陽離子活化的情況下，純石英在油酸納中完全不浮。兩性捕收劑具有多個官能團，有較優異的泡沫性能，可兼具其他兩類單一捕收劑的一些優點。
　　浮選工藝可以受許多因素影響，如浮選的溫度、浮選劑的選擇、pH值的控制等。在浮選進行之前，石英砂要磨成細小顆粒，使得其中的各類礦物可以被物理分離，將石英進行煅燒水淬可以使浮選的效果更好。
　　
　　3、煅燒工藝
　　
　　煅燒工藝是指先將石英進行高溫煅燒，然后將石英在高溫狀態下取出倒入水中進行淬火的一種提純工藝。
　　
　　高溫煅燒工藝在石英提純中具有兩種作用，一是用于熱力輔助粉碎，由于石英硬度很大，屬于難磨礦物，在機械粉磨時會非常困難，造成非常大的能耗。若是將石英直接破碎，將會造成過粉碎現象，熱力輔助粉碎可以減輕或避免石英過粉碎現象且減少了能耗。
　　
　　另一優勢是有利于石英的后序除雜工藝，在經過煅燒—水淬工序后，石英的內應力發生急劇變化，產生裂紋和破碎，將石英礦內部的包裹體雜質和裂口處的雜質直接在表面露出，使雜質在后續的提純過程中更容易去除。
　　
　　4、酸浸工藝
　　
　　石英晶體中最難以剔除的雜質是直接取代到石英晶格中的雜質。物理分離方法如研磨、篩分、密度分離、磁選等都是無效的，因為雜質在晶格中均勻分布。由于石英不溶于除HF外的其它酸，我們可以通過化學手段，采用酸浸的方法，將石英礦中表面層、裂隙中或結構層間的各類金屬雜質溶解，以達到更高的提純程度。
　　
　　酸浸工藝通常使用的酸有硫酸、鹽酸、草酸、氫氟酸等，由于使用混酸浸漬除雜可以產生協同作用，除雜效果更好，所以通常使用混酸進行酸浸。酸浸分離雜質的反應過程可分為幾個部分：有機酸和無機酸提供H+用于后期分離工藝，H+可以溶解伴生礦物（白云母和鈉長石），使其與石英分離。氫氟酸是一種特殊的酸，由于它能破壞硅氧鍵和鋁氧鍵，所以HF可以和白云母和鈉長石發生強烈的反應，由有機酸中的羰基和鋁硅酸鹽雜質中的鋁、硅離子組成的絡合物可以更快溶解，達到優異的除雜效果。但是HF也能將SiO2溶解，對于除去石英中
　　的包裹體雜質，用HF非常有效，但是HF的用量要適量，以免將更多的石英溶解。
　　
　　影響酸浸的因素有：酸的選擇、酸的濃度及用量、酸溶液的溫度及酸浸時間等。此外，攪拌可以使酸液與石英的表面充分地接觸，提高酸浸提純的效果，加速酸浸過程。
　　
　　5、氯化焙燒提純工藝
　　
　　氯化焙燒工藝是去除石英晶格雜質的非常有效的手段。在一定溫度和氣氛條件下，通入氯化劑使石英中的金屬氧化物雜質變為金屬氯化物，根據一般金屬氯化物沸點較低的特點，可利用其揮發性達到分離雜質的效果。且在氯化焙燒過程中，石英表面與內部存在著化學位梯度，使石英內部的包裹體雜質通過擴散排出，達到更深層次的提純效果。
　　
　　常用的氯化劑有Cl2、HCl、NaCl、NH4Cl等，在高溫下這些氯化劑的氧化性強于O2的氧化性，可以與Al2O3、Fe2O3、TiO2等金屬氧化物發生氯化反應將其除去。
　　
　　氯化焙燒工藝具有設備簡單、除雜效果優異、效率高等優點，是一種提純能力非常高的石英提純手段。此外，氯化過程中排出的污染氣體可以進行尾氣處理，如排出的Cl2就可以通過NaOH尾氣處理裝置進行處理，對環境的危害較小。
　　
　　6、濕法冶金技術
　　
　　通常來說，濕法冶金技術是從金屬礦物中浸出和提取金屬的一種化學處理方法，但是濕法冶金技術也可以用于從非金屬礦石中去除和分離金屬礦物，特別是對于含鐵礦物是一種十分有效的處理技術。該技術應用于石英的提純，其傳統化學工藝主要包括微生物浸出、高溫浸出、高壓浸出、催化高溫浸出等，隨著人們的研究，高溫、高壓浸出和催化高溫、高壓浸出為生產高檔石英砂和降低酸耗提供了新的途徑。
　　
　　濕法冶金技術中主要是利用酸分離雜質礦物中的石英和貴重金屬元素，通過微生物浸出，凈化石英砂比簡單酸浸法的酸耗和成本更低。高溫浸出可以通過加熱的手段加速浸出，增大雜質金屬元素的浸出率。在高溫浸出過程中，通過增加壓力可以有效降低酸的消耗。在石英加工中引入了穩定的液體催化劑催化浸出工藝，在不使用氫氟酸的情況下也會降低酸的消耗，提高了石英礦石的提純效率。
　　
　　微生物浸出有著低成本、低污染的優點，浸出過程只需在室溫下進行，不需要額外的加熱裝置。經簡單處理后的浸出液可以排出。但是微生物浸出的應用受到濕度、溫度、pH、耗水量、微生物菌種和浸出方法（傾倒浸出和罐浸）的限制。
　　
　　高溫浸出是最常用的浸出技術之一，這種技術的易操作性及設備便宜是工業生產的重要優勢。浸出溫度可在20～100℃范圍內，在花費成本較低的情況，極大地提高了浸出速度和速率。高溫浸出工藝最主要的阻礙因素是酸的消耗和污染，由于提純過程中雜質的溶解，酸性物質不可避免地會大量消耗。
　　
　　高溫、高壓浸出比單純的高溫浸出有更好的提純效果，而且可以大幅度提高提純的速度。但是這一過程會使設備處于積累氟化物的環境中，會嚴重腐蝕設備，縮短設備的使用壽命。催化高溫、高壓浸出的主要優點是不使用氟化物，組分簡單、消耗低、浸出劑可重復利用，對環境十分友好且有著非常好的提純效果。
　　
　　來源：龐慶樂,沈建興,程傳兵,等.高純石英的加工技術及應用[J].江蘇陶瓷,2020,53(04):43-47.

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