中國粉體網訊 隨著戰略性新興產業的快速發展，高純石英成為電子信息產業、智能制造裝備產業、太陽能產業、高效節能產業等諸多尖端領域的關鍵性基礎原料之一。
長期以來我國高純石英高端產品被美國、德國等壟斷，致使高純石英制品產業鏈上下游多個環節存在國產化率較低的問題，在高端高純石英領域，形勢則更為嚴峻。由于國外對高純石英生產技術的封鎖，加快推進我國高純石英砂制備關鍵技術的自主化和國產化迫在眉睫。
高純石英雜質特征
高純石英質量與原料中雜質元素的含量高低并不是簡單的對應關系，而是與原料工藝礦物學特征所決定的雜質可選性密切相關。不同類型石英礦的礦物學特征存在明顯差異，詳細分析石英原料礦物學特征，是確定石英原礦性質、選礦提純工藝方案和產品方向的基礎。
石英中雜質賦存狀態
來源：魏奎先等.高純石英制備技術研究進展
石英中的雜質礦物主要包裹在石英砂顆粒表面或填充在縫隙中，如云母、長石等，這類礦物易去除，將其單體解離開，通過選礦技術即可去除。硅質原料在結晶時，由于成礦時的各種因素，導致結晶時產生空穴，構造發生缺陷，他類礦物的溶液注入其中，生長過程中被石英包圍形成了包裹體，氣-液包裹體主要是由H2O、CO2、CH4三種體系組成。
石英中晶體結構雜質分為晶格雜質和非晶格雜質。晶格雜質主要以他類原子以類
質同象的方式取代硅氧四面體中的硅原子，主要雜質元素有Al3+、Ti4+、Ge4+等。其中，微量元素替代石英中的硅原子主要有三種方式：（1）等價替代，如Ti4+、Ge4+替代Si4+；（2）離子團替代，如Al3+與P5+或Al3+與Na+替代Si4+；（3）電荷補償替代，如Al3+、Fe3+所形成的[AlO4/M+]0或[FeO4/M+]0結構中心。由于Al3+和Si4+半徑相近，Al3+替代硅原子最為常見，Al3+替代Si4+后為了達到電荷平衡，首先由正一價堿金屬離子（如Li+、Na+、K+）以及H+來補償，如果堿金屬離子不足，有時用正二價的Ca2+、Mg2+離子及部分過渡金屬離子來補償，從而堿金屬離子（如Li+、Na+、K+）以及H+等可作為電荷補償離子進入石英晶格而賦存于石英晶格間隙中，因此可以通過石英中Al的含量判斷石英原料的質量。
高純石英的提純工藝
高純石英的提純工藝是首先將脈石英或石英巖破磨到所需要的粒度并脫除部分的雜質，再通過物理和化學方式分離或者溶解雜質。整個提純過程可以簡單概括為預處理、物理處理和化學處理三個過程，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。
粉碎-分級預處理
高純石英加工過程中粉碎-分級預處理，一是使石英與脈石礦物有效單體解離和流體包裹體釋放，二是為后續石英提純加工提供合適粒度范圍的原料。
石英粉碎過程既要考慮石英中脈石礦物有效單體解離，同時也要考慮降低對石英的二次污染。為了避免粉碎過程中鐵雜質對石英二次污染，一般選用鋯球、瑪瑙等作為磨礦介質。熱力粉碎作為石英粉碎中的常用工藝，不僅降低了石英礦塊的硬度和粉碎能耗，通過減少石英與研磨介質的接觸時間也降低了石英被二次污染的可能；同時在石英表面產生了微裂隙，有利于石英化學提純。高壓脈沖粉碎利用高壓放電在石英塊內產生的沖擊波，使石英更容易沿容納了雜質的晶體邊界處破碎，有利于石英中的雜質暴露。
分級是根據顆粒的比重、形狀或大小的不同進行分選的過程。高純石英不僅對純度有苛刻的技術要求，同時對粒度分布也有嚴格的要求。分級還可以分離出部分細粒級礦泥雜質，由于石英比含鐵礦物硬度高，在相同的粉碎條件下脈石礦物更容易被磨細，石英砂中SiO2的品位隨著石英砂粒度的變細而降低。
石英中共伴生獨立礦物分選技術
來源：馬超等.高純石英原料礦物學特征與加工技術進展
擦洗-分級脫泥
擦洗是借助機械外力和砂粒之間的摩剝力來去除石英砂表面的薄膜鐵、粘結及泥性雜質礦物，再經過脫泥工藝能達到石英砂除雜效果，石英中SiO2的含量隨著粒度的變細而降低，而鐵、鋁雜質礦物的含量與之相反，同時石英砂中含有較多的黏土礦物，因此通過擦洗-分級脫泥可以有效地降低鐵、鋁、鈣等雜質。
影響擦洗效果的主要因素有擦洗機的結構、擦洗時間、擦洗樣品的濃度、擦洗的次數等工藝因素，擦洗將石英顆粒與雜質礦物得到有效分離，但對于一些雜質含量較多的石英礦還需要更多的工序進行。
重選-磁選-浮選
不同礦物的密度各不相同，利用重力對礦物顆粒的影響，使不同礦物分離的選礦方法即為重選。
磁選是根據礦石中礦物磁性差異，在不均勻磁場中實現礦物分離的選礦方法。弱磁場可以除去雜質較強的磁性礦物，如磁鐵礦；強磁場用來分離磁性較弱的雜質礦物，如赤鐵礦、鈦鐵礦、石榴子石等。
浮選是根據礦物表面物理、化學性質的差異從水的懸浮體（礦漿）中浮出固體礦物的選礦過程。石英礦物中常見的脈石礦物云母、高嶺土和長石等具有相似的物理化學性質，相對于其他的選礦方法，浮選可達到滿意的分選效果，浮選是從長石、云母等化學性質相似的礦物中分離石英的主要方法。
酸處理法
在經歷初步物理提純后，大部分雜質礦物已被去除，但還有少量雜質礦物處在晶界、微裂隙及晶體內，酸（堿、鹽）處理法主要是為了去除這部分雜質。其中酸浸法應用最為廣泛。礦物包裹體混合酸溶解利用石英只能溶解在氫氟酸中，而其他礦物包裹體雜質能被酸溶解的特點，實現石英與雜質的分離，常用的酸有硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸等。硫酸對硫化礦、黃鐵礦等溶解效果好，鹽酸對方解石、白云石、方鉛礦等溶解效果好，硝酸對黃鐵礦、白鐵礦、砷黃鐵礦等溶解效果好，氫氟酸對硅酸鹽礦物有較好溶解性。天然石英礦物中雜質種類多且存在形式復雜，使用混合酸溶解石英中礦物包裹體雜質對石英提純效果最佳。
高溫爆裂法
直接高溫爆裂法是利用高溫焙燒、微波加熱等使石英晶體表面創造晶體缺陷和高能區，并使氣液包裹體氣化膨脹再利用水淬使膨脹的氣液包裹體瞬時爆裂。石英晶體中的礦物包裹體與石英晶體界面間，由于界面硅氧鍵Si-O和金屬氧鍵Me-O的熱學性質差異，加溫時會在界面產生應力集中，金屬氧鍵M-O易于斷裂以及表面水蒸發，在界面形成收縮性裂隙，石英晶體表面的裂隙即晶體缺陷是能量過剩區域，具有化學活性高的特征，為提高化學浸出效率創造了先機。同時，經高溫焙燒過程，能除掉某些揮發性雜質以及精礦中殘留的浮選劑。
氯化焙燒法
氯化焙燒是去除石英晶格雜質、堿金屬等間隙原子類雜質最主要的方法，氯化焙燒是在一定溫度和氛圍條件下，將雜質組分離子轉化為低沸點的氯化物，進而將雜質組分分離的過程。常用的氯化劑有氯氣、氯化氫、氯化銨、氯化鈉和氯化鈣等，氯化焙燒按產物形態可分為高溫焙燒（氯化揮發法）、中溫焙燒（氯化焙燒—浸出法）、氯化—離析。不同的氯化劑和焙燒溫度與晶格雜質作用的方式和效果存在較大差異。
結語
高純石英作為高新技術應用領域的關鍵性原材料，我國在加強石英礦產資源勘察的同時，應加強提純基礎理論方面的研究，揭示高純石英中雜質元素在不同工藝流程中的去除機制，攻克技術壁壘，提高石英提純技術，增加高純石英的產量，滿足我國新能源、新材料和高精尖領域的需求。
參考來源：
張海啟.高純石英中雜質特征及深度化學提純技術研究進展
馬超等.高純石英原料礦物學特征與加工技術進展
魏奎先等.高純石英制備技術研究進展
侯清麟等.高純石英砂制備技術研究現狀
歐陽靜等.石英礦物資源的提純及在戰略性新興產業中的應用技術分析
（中國粉體網編輯整理/初末）
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