石英砂常見(jiàn)的5種處理方法

    高純石英砂是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到光纖、軍事、航天工業(yè)等。這些領(lǐng)域?qū)κ⑸霸系募兌纫髽O為嚴(yán)苛，要求石英砂中雜質(zhì)含量非常低，特別是對(duì)Fe、Al等雜質(zhì)含量要求極高。因此，石英砂純化技術(shù)關(guān)乎我國(guó)高新技術(shù)領(lǐng)域的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。目前，高純石英砂提純技術(shù)被美國(guó)、德國(guó)等壟斷，并限制提純技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)外出口，因此掌握高純石英提純技術(shù)意義重大。

    石英砂中礦物雜質(zhì)通常以非石英礦物的形式存在，如長(zhǎng)石、云母、石榴石、鋯石、鈦鐵礦和許多其它礦物。這些雜質(zhì)的存在方式主要有以下幾種：

(1)作為松散的伴生礦物，未與石英晶體發(fā)生化學(xué)結(jié)合；

(2)作為礦物碎片，在其表面化學(xué)和物理上與石英晶體結(jié)合，這類雜質(zhì)主要為含鐵礦物和含鋁礦物；

(3)被石英顆粒包裹或被相互結(jié)合的石英晶體包圍的礦物；

(4)作為間隙離子取代硅，這些雜質(zhì)主要有：Al3＋、Fe2＋、Fe3＋、B3＋、Ti4＋、Ge4＋、P5＋等，這些離子取代Si4＋，形成共價(jià)鍵。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，通常會(huì)伴隨著Li1＋、K1＋、Na1＋和H1＋等元素的摻雜以保持SiO2晶格的電中性。Al元素是石英礦中主要雜質(zhì)元素之一，且Al3＋和Si4＋半徑相近，易替代Si4＋，其含量通常高達(dá)數(shù)千ppm，因此Al含量是石英礦質(zhì)量的重要指標(biāo)。

    目前，石英砂提純工藝主要包括機(jī)械粉碎、磁選、浮選、酸浸、煅燒、水淬、高溫氯化焙燒等能夠有效去除石英晶格內(nèi)的金屬離子雜質(zhì)。

1、機(jī)械粉碎

    機(jī)械粉碎是利用機(jī)械作用力使礦物粒度減小的方法。這個(gè)過(guò)程主要是使石英礦物中的非結(jié)構(gòu)性雜質(zhì)與石英分離，使雜質(zhì)暴露在石英顆粒的外表面，進(jìn)而提高后續(xù)工序的提純處理效率。

2、磁選

    磁選原理是根據(jù)石英礦物的磁性不同，從石英礦中分離磁性礦物雜質(zhì)的一種選別雜質(zhì)的手段。磁選的目的是為了去除帶有磁性的石英原礦包裹體中的一些磁性礦物。

3、浮選

    浮選是根據(jù)礦體表面天然或改性后潤(rùn)濕性的差異，將疏水性物質(zhì)與親水性物質(zhì)選擇性的分離。浮選主要用以去除與石英共生的云母、長(zhǎng)石類礦物，也能浮選含磷、含鐵礦物。

4、酸浸

    酸浸是根據(jù)石英、云母及長(zhǎng)石在酸性溶液中溶解能力的不同進(jìn)行石英純化的手段。酸浸能夠有效除去石英中鐵礦石及石英微粒表面的氧化物薄膜，對(duì)于云母、長(zhǎng)石等礦物雜質(zhì)一般使用氫氟酸進(jìn)行溶蝕。酸浸常用酸介質(zhì)有鹽酸、硫酸、硝酸、醋酸和氫氟酸。

5、熱處理

    在高純石英提純工藝中，熱處理是指對(duì)石英進(jìn)行高溫煅燒（800～900℃）。熱處理在石英提純工藝中有兩方面作用，首先石英礦物質(zhì)地堅(jiān)硬，莫氏硬度達(dá)到7，屬于難磨礦物。但石英礦物在內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)上存在各向異性，而且礦物中存在的白云母和硅酸鹽礦物等雜質(zhì)膨脹系數(shù)與石英存在差異。因此石英礦物經(jīng)過(guò)了高溫煅燒與水淬后，受熱迅速膨脹，急冷緊急收縮時(shí)會(huì)引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致礦物產(chǎn)生裂紋，從而實(shí)現(xiàn)石英破碎。

    高溫煅燒的同時(shí)加入氯化劑，即采用氯化焙燒法進(jìn)行石英提純，已被證實(shí)是目前去除石英晶格內(nèi)雜質(zhì)有效的方法。利用金屬氧化物在高溫環(huán)境下與氯化劑發(fā)生氯化反應(yīng)，從而生成氣態(tài)金屬氯化物并揮發(fā)，進(jìn)而達(dá)到去除金屬氧化物雜質(zhì)的目的。