中國粉體網訊 高純石英廣泛應用于電子信息、光伏、光通信和電光源等行業，在新材料、新能源等戰略性新興產業中具有重要地位和作用。
來源：石英股份
高純石英技術包括原料選擇技術、提純工藝技術、加工裝備技術和質量檢測技術等四個方面，它們是既相互獨立又相互聯系和相互制約的技術整體，其中以高純石英原料的識別、評價與選擇技術最為關鍵。
原料選擇技術
高純石英的質量與雜質含量并不是簡單的線性關系，而是取決于其雜質的工藝礦物學特征。不同石英礦的雜質特征及含量不盡相同，因此對于高純石英原料，分析其雜質特征是確定提純工藝及應用方向的前提。
純度
關于高純石英硅質原料純度的描述應該包括SiO2的百分含量和影響提純的關鍵雜質元素含量。因此，可以以SiO2、Al、(Ti+Li)的含量作為高純石英用硅質原料評價指標體系的方案。
將高純石英用硅質原料純度劃分為兩個品級：
高純硅質原料：SiO2≥99.9%，Al≤700×10-6，Li+Ti≤200×10-6；
超純硅質原料：SiO2≥99.995%，Al≤35×10 -6，Li+Ti≤10×10-6。
脈石礦物雜質
脈石礦物主要影響高純石英原料礦石的初始品位和選礦產率。相較于包裹體、晶格雜質等難去除雜質，在高純石英提純加工過程中，脈石礦物和晶界雜質相對容易去除，采用適當方法去除后一般不會對高純石英最終純度產生影響。
包裹體雜質
由于包裹體賦存于天然石英礦物中，在不破壞石英晶體結構的條件下，只能實現少部分大尺寸包裹體的去除。包裹體是影響高純石英原料礦石質量的最重要因素之一，當高純石英中包裹體尤其是微細粒氣液兩相包裹體和礦物包裹體過多時，會對高純石英的產品性能產生嚴重影響：一方面包裹體中的雜質元素（如Ti、Li、K、Na等）會導致高純石英純度降低，影響產品品質；另一方面，制成產品后產品中細小的氣液兩相包裹體在高溫下會逐漸膨脹匯聚，進而影響高純石英產品性能。
評價高純石英原料礦石時，對石英礦物中包裹體的類型、形態、大小、數量等特征進行研究是十分必要的。
其中，石英中熔融包裹體主要由Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等主量元素組成，一般認為熔融包裹體是花崗偉晶巖型石英礦物中B和P雜質主要污染源，也是Li雜質的污染源之一。流體包裹體中含有Na、K、Al和Ca等雜質，是石英中堿金屬雜質的主要來源，因此，選擇流體包裹體少或無流體包裹體的石英原料是制備高純石英的關鍵。
晶格雜質
石英中常見的晶格雜質元素有Al、Ti、Li、Na、K、Ge、OH等，這些雜質元素含量通常超過1×10-6，很難利用經濟的選礦手段和化學提純方法除去，是影響高純石英純度和產品性能的重要因素之一。
石英晶格的外來元素中，Al的研究和分析是最重要的，是判斷高純石英礦物原料品質的重要標志物，這是因為其相較天然石英中其他雜質元素，Al含量往往最高，也最容易通過測試分析方法分析出來。當石英中存在大量Al雜質時，Li、K、Na等雜質元素的含量會增加。除Al外，Ti也是判斷高純石英礦物原料品質的重要標志物之一，由于Ti-O鍵非常穩定，不易破壞，無論是晶格間Ti還是包裹體中的含Ti礦物，均很難通過常規的選礦手段和化學提純方式經濟合理除去，因此當石英中Ti含量超過一定程度時，其也很難加工成高純石英。
提純加工技術
石英的選礦提純技術可以分為物理提純和化學提純兩個階段。不同石英提純技術所去除的雜質類型是有針對性的。物理提純的目的是石英與共伴生礦物的分離和石英表面附著膜、泥樣礦物的分離，解決石英礦物外部雜質問題，屬于初步提純，是化學提純的基礎；化學提純的目的是去除石英內部的微小礦物包裹體、氣液包裹體和晶格雜質，解決石英內部礦物雜質問題，屬于深度提純。
物理提純是關鍵性的基礎提純，只有石英與共伴生礦物、表面吸附物完全解離分離，才能保障化學提純效果。物理提純技術主要包括水洗-分級脫泥、擦洗、重選、磁選、浮選、煅燒-水淬、色選等。化學提純技術主要包括酸浸、氯化焙燒、高溫爆裂、微波輻射、微生物等方法。高溫爆裂和物理提純中的煅燒-水淬都是為了使石英晶體表面和內部產生裂紋，使包裹體爆裂，以利于酸浸清洗包裹體內部雜質，高溫爆裂和酸浸是化學提純中的基礎常用技術。氯化焙燒是去除石英晶格雜質十分有效的手段，屬于深度提純中的關鍵技術，微波輻射方法是針對氣液包裹體除雜而開展的研究，微生物方法是針對石英表面雜質分離而開展的研究。
加工裝備技術
石英加工提純離不開相關的裝備。其中，在水洗、分級工藝中，水洗分級設備主要用于各行業用硅砂的嚴格分級及精選，常用的水洗分級設備有螺旋分級機、水力旋流器、氣流分級機、振動篩等。
在破碎、研磨中，研磨設備包括球磨機、棒磨機、立式行星球磨機、砂磨機、振動磨以及氣流磨等。
重選是利用不同種類礦物顆粒的形狀、粒度、密度存在相對差別，所以在水、空氣等介質中運動的軌跡和速度也不同，使得目標礦物與雜質礦物分離的選礦技術，石英砂礦重選較為普遍的設備有螺旋選礦機、搖床、溜槽等。
色選是利用純凈石英砂呈現白色，而雜質礦物多為其它顏色的特點，使用色選機的光電探測技術自動挑選出異色的雜質礦物，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。
浮選是能夠除去石英砂中混入的長石、云母等獨立脈石礦物顆粒。石英的物理性質、化學組成和晶體結構與長石相似，而浮選可以使兩者很好地分離。常用的浮選機有攪拌式浮選機、棒型浮選機等。
磁選是在磁場中，非磁性的石英不能被磁化，石英中有些礦物雜質是磁性物質，能夠被磁化的，通過磁性上的差異，在磁場中可以使石英與磁性雜質礦物分離。常用的磁選裝備有電磁干粉除磁機、永磁筒式磁選機、強磁板式磁選機、立環高梯度磁選機、電磁漿料磁選機、超導磁選機等。
電選是根據在電場作用下，不同種類礦物的荷電量和極性不同，引起礦物顆粒在電場中的運動速率和方向不同，從而進行礦物與雜質的分離。電選裝備，作為成熟的物理選礦設備，具有技術成熟、控制簡便、效果穩定等特點，也可以有效降低高純石英中的金屬雜質，減少后續工藝復雜性，在高純石英除雜中發揮著獨特的作用。
酸洗工藝中，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。
在熱處理工藝中，高溫爆裂法、氯化焙燒法等通常采用高溫氯化爐、焙燒爐進行石英砂的熱反應處理。
質量檢測技術
礦床成因研究、高純石英用硅質原料品級劃分和高純石英砂產品質量情況需要實驗分析測試技術支撐。
在高純石英檢測行業還沒有統一的檢測標準，高純石英的主要成分是SiO2，針對于SiO2檢測技術，主要有分為兩大類，即化學分析法和儀器分析法。化學分析法包括動物膠凝聚重量法、聚環氧乙烷凝聚重量法、高氯酸脫水重量法、四氟化硅直接揮發重量法、硅氟酸鉀滴定法、硅鉬藍光度法、氟硅酸鉀容量法等，而聚環氧乙烷凝聚重量法和動物膠凝聚重量法因為準確度高，所以被列為國家標準方法。儀器分析法包括Ｘ射線熒光光譜法（XRF）、電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）和電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-MS）等。
結語
隨著高新技術領域的迅速發展，高純石英的戰略地位日益突顯，對其品質也提出了日益嚴苛的要求。
高純石英生產是依靠綜合技術的系統性工程，包括資源選擇、加工提純技術、生產裝備水平和檢驗分析技術，是既相互獨立又相互聯系和相互制約的一個整體。對于高純石英原料不能僅以SiO2質量分數作為評價標準，還要考慮石英礦物的嵌布特征、伴生的脈石礦物種類、包裹體含量及大小、類質同象雜質分布等。然后再根據這些特征選擇合適的提純工藝及加工裝備。
參考來源：
唐春花等.高純石英用硅質原料地質勘查中的基本概念和關鍵技術及江西資源前景
武志超等.高純石英應用及化學提純技術研究進展
張亮等.關于高純石英原料礦石地質學評價方法的探討
滕偉峰.高純石英提純加工及酸浸廢水處理工藝研究
韋聰等.高純石英 SiO2 純度檢測方法的研究
汪靈.高純石英的概念及其原料品級劃分
中國粉體網.石英中磁性礦物雜質的“克星”，非它莫屬
中國粉體網.石英砂提純，必不可少的“七種武器”！
中國粉體網.這7種石英提純“新”工藝，你是否都了解？
（中國粉體網編輯整理/初末）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
