石英的加工和提純技術是隨著現(xiàn)代工業(yè)的需要而發(fā)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(zhì)量好、提純速度快，還要具有較好的環(huán)保性及經(jīng)濟效益的更高要求，石英提純與加工技術對于國家長遠發(fā)展與新材料、新能源戰(zhàn)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(zhì)的提純工藝，不僅可以除去石英中具有磁性的雜質(zhì)，還可以將帶有磁性雜質(zhì)的包裹體除去。

　　由于石英是非磁性物質(zhì)，不能被磁場所磁化，而石英礦中的磁性雜質(zhì)是可以被磁場磁化的。利用這一性質(zhì)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(zhì)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(zhì)礦物，如磁鐵礦;強磁場用來磁選磁性較弱的雜質(zhì)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(zhì)(主要是長石類硅酸鹽礦物)的晶體結構和表面性質(zhì)的不同，通過各種捕收劑或表面活化劑來調(diào)節(jié)石英與雜質(zhì)礦物的表面特性，使得雜質(zhì)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(yōu)異的泡沫性能，可兼具其他兩類單一捕收劑的一些優(yōu)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(tài)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(xiàn)象，熱力輔助粉碎可以減輕或避免石英過粉碎現(xiàn)象且減少了能耗。

　　另一優(yōu)勢是有利于石英的后序除雜工藝，在經(jīng)過煅燒—水淬工序后，石英的內(nèi)應力發(fā)生急劇變化，產(chǎn)生裂紋和破碎，將石英礦內(nèi)部的包裹體雜質(zhì)和裂口處的雜質(zhì)直接在表面露出，使雜質(zhì)在后續(xù)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(zhì)是直接取代到石英晶格中的雜質(zhì)。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(zhì)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(zhì)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(chǎn)生協(xié)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(zhì)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(fā)生強烈的反應，由有機酸中的羰基和鋁硅酸鹽雜質(zhì)中的鋁、硅離子組成的絡合物可以更快溶解，達到優(yōu)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(zhì)，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(zhì)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(zhì)變?yōu)榻饘俾然铮鶕?jù)一般金屬氯化物沸點較低的特點，可利用其揮發(fā)性達到分離雜質(zhì)的效果。且在氯化焙燒過程中，石英表面與內(nèi)部存在著化學位梯度，使石英內(nèi)部的包裹體雜質(zhì)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(fā)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(yōu)異、效率高等優(yōu)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(huán)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(tǒng)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)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(wěn)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(yōu)點，浸出過程只需在室溫下進行，不需要額外的加熱裝置。經(jīng)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(yè)生產(chǎn)的重要優(yōu)勢。浸出溫度可在20～100℃范圍內(nèi)，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(zhì)的溶解，酸性物質(zhì)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(huán)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(yōu)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(huán)境十分友好且有著非常好的提純效果。

　　文章轉(zhuǎn)自：材料科學與工程技術

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