中國粉體網訊 隨著我國光伏和半導體等行業的快速發展，我國高純石英砂的需求量越來越高。然而，我國的天然水晶資源并不多，因此需要通過對脈石英、石英巖等二氧化硅含量高的石英類礦物進行除雜、提純從而得到高純石英砂。
石英砂除雜工藝是將原料石英砂，通過水洗分級、擦洗脫泥、磁選、色選、浮選、酸洗、熱反應等方法聯合作業，去除石英砂中的礦物雜質，獲得粒度和雜質含量均符合要求的高純石英砂。
1、水洗、分級脫泥
在石英原料的破碎過程中，不可避免的帶來了泥土等雜質。水洗和分級脫泥是一種礦石入選前的預處理方法，這種方法可以使泥土溶解，此時，石英砂中SiO2的純度與石英砂粒度的大小有關，即隨著石英砂的粒度變小而降低，而鐵雜質礦物的含量則隨著石英砂粒徑變小而變大，這是因為原砂粒徑變小，則其表面積就會變大，顆粒表面與水的接觸面積越大，加速了顆粒表面泥土的溶解，從而使泥土與石英分離。
水洗分級設備：主要用于各行業用硅砂的嚴格分級及精選；煤炭行業的煤粉與頁巖的分級。
2、擦洗
擦洗是通過用機器來增加外部的作用力提高石英砂顆粒之間的相互碰撞，繼而使砂粒之間產生了磨削力，使其表面粘附的薄膜鐵和泥土雜質與砂粒分離。根據多年的研究發現，石英砂礦物中的集合體也可以因為受到這種外力的作用，使集合體發生解離，方便了后續的提純。
擦洗設備：主要用于礦泥的分散、礦物表面雜質的去除和擦洗
3、磁選
磁選是去除原料中含鐵雜質的有效方法之一。磁選工藝的采用，可以最大限度的清除包括連生體顆粒在內的赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質礦物。據了解，通常情況下，高純石英砂的磁選工藝需要進行兩次或是兩次以上，以確保所得成品砂中磁性雜質更少。
磁選設備：常用的磁選設備有除鐵器、磁滑輪、干式筒式磁選機、永磁筒式磁選機、感應輥式磁選機、盤式磁選機、高梯度磁選機、超導磁選機、瓊斯型濕式強磁選機、平環式磁選機等。可根據礦物原料雜質含量以及磁性雜質強弱對磁選設備進行選擇。
4、浮選
石英砂浮選主要是去除石英砂中的長石、云母等非磁性伴生雜質。石英砂浮選主要包括有氟浮選和無氟浮選。其中，有氟浮選是采用陽離子捕收劑和氫氟酸活化劑在酸性pH值范圍內進行，其缺點是含氟廢水對環境污染嚴重，需進行處理后排放。無氟浮選是主要利用陰陽離子混合捕收劑的配比和用量，利用它們Zeta電位不同，優先浮選出長石，實現分離。目前，國內企業一般采用三級浮選工藝流程分別去除石英砂中的云母類礦物和長石類礦物。
浮選機：浮選機工作時，隨著葉輪的旋轉，槽內礦漿從四周經槽底由葉輪下端吸到葉輪葉片之間，同時，由鼓風機給入的低壓空氣經空心軸和葉輪腔的空氣分配器，也進入其中。礦漿與空氣在葉片之間充分混合后，從葉輪上半部周邊向斜上方推出，由定子穩流和定向后進入整個槽中。氣泡上升到泡沫穩定區，經過富集過程，泡沫從溢流堰自流溢出，進入泡沫槽。還有一部分礦漿向葉輪下部流去，再經葉輪攪拌，重新混合形成礦化氣泡，剩余的礦漿流向下一槽，直到終成為尾礦。
5、色選
色選技術是根據物料光學特性的差異，利用光電探測技術將顆粒狀物料中的異色顆粒物料自動分揀出來。較純的硅石為白色或乳白色，含鐵雜質或其脈石礦物的顏色則呈微黃、淺黃色或淺褐色和灰色等，在顏色和光澤上存在一定的差異，理論上可以利用這種差異將它們分離。
色選機：主要由給料系統、光學檢測系統、信號處理系統和分離執行系統組成。
6、酸洗
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，常采用氫氟酸、硫酸、鹽酸和硝酸其中兩種或兩種以上酸的混合溶液對石英砂進行提純。
酸洗反應釜：因石英砂中的金屬氧化物等雜質可與混合酸發生化學反應，生成不溶解的酸化沉渣，從而將雜質分離，進而達到提純石英砂的目的。酸洗過程通常在密閉的酸反應釜中進行。
7、熱處理
在高純石英砂的提純中，熱處理是指將石英砂放置在高溫或是中溫環境中，進行直接高溫爆裂法或是采用氯化焙燒的方式對石英砂進行除雜的過程。熱處理可以去除石英晶格雜質、堿金屬等間隙原子類雜質。目前直接高溫爆裂法又包括高溫焙燒和微波加熱法，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。
目前熱反應通常采用高溫氯化爐、焙燒爐進行石英砂的熱反應處理。有學者研究，微波爐進行石英砂的提純處理可在很大程度上減少粉塵以及酸污染，已有少量企業已經落地微波爐的使用，但是由于成本等原因，尚未大面積使用。
結語
高純石英已成為光伏、半導體等行業不可替代的關鍵原材料。隨著中國制造業的不斷發展，我國對高純石英石的需求越來越高，突破高純石英砂加工技術困境也愈發重要。由于不同地區的石英礦性質不同，所含雜質不盡相同，各行業所需石英砂的純度也不同，因此，在進行高純石英砂的提純時，需要根據石英砂本身的礦石性質采取不同的生產工藝以及生產設備，方可有針對性地除雜，得到滿足客戶需求的高純度的石英砂。
參考來源：
吳逍；高純石英原料選擇評價及提純工藝研究
潘俊良；氯化焙燒法制備4N8標準級高純石英試驗研究，成都理工大學
馬曉光等，高純石英砂浮選工藝與藥劑研究進展
郯城縣人民政府官網、中國粉體網等
張忠益等，工業硅小粒度硅石原料色選提純研究
（中國粉體網編輯整理/九思）
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