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生產高純石英,離不開這4項技術!

將石英礦加工為高純石英就是盡可能分離出石英原料中各種雜質的過程。首先粉碎分級使石英礦物與脈石礦物單體解離并得到相應粒級的石英顆粒,之后再根據石英中雜質元素賦存狀態選擇有針對性的加工技術使獨立礦物雜質、包裹體雜質和晶格雜質與石英有效分離。


一、粉碎-分級預處理技術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。


1.粉碎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。2.分級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。


二、石英中共伴生獨立礦物分選技術石英能與多種礦物共伴生,色選、擦洗、重選、磁選和浮選等方法是目前最有效從石英中分選出共伴生獨立礦物的方法。


分選石英中礦物雜質最常用方法是磁選和浮選。多段強磁選不僅可以從石英中分選出已單體解離的強磁性和弱磁性礦物雜質,而且對石英中磁性礦物包裹體和連生體也有一定分選效果。云母、長石等硅酸鹽礦物是石英中鋁雜質的主要來源之一,由于其與石英物理、化學性質類似,常采用浮選法進行分離。為了有效降低石英中鋁雜質含量,多次精選必不可少。


天然石英中礦物雜質種類、含量和賦存狀態等非常復雜,需要根據石英原料的性質選擇有針對性的選礦聯合工藝,以提高石英與獨立礦物雜質的分選效果。通過預處理和物理分選后,石英中絕大部分獨立礦物雜質已被分離,SiO2含量一般可以達到99.9%左右,但并未達到高純石英的技術要求。這主要是因為預處理和物理分選只對石英和獨立礦物雜質分離具有顯著效果,對降低石英中包裹體雜質和晶格雜質幾乎沒有作用。


三、包裹體雜質與石英分離技術天然石英礦物幾乎都含有礦物包裹體和流體包裹體,大量包裹體的存在不僅增加了高純石英加工難度,也更是限制了高純石英質量。1.礦物包裹體混合酸溶解

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。


2.流體包裹體高溫爆裂石英在高溫焙燒過程中,隨著溫度升高當流體包裹體內部壓力大于石英對包裹體束縛壓力時,流體包裹體發生突然爆裂內部雜質得以釋放,再經后續酸清洗可以溶解流體包裹體內部雜質。3.氯化脫氣

氯化脫氣是將石英加熱到1000~1500℃并通入Cl2、HCl或混合氣體的高溫處理方法,不僅可以使金屬雜質元素在高溫下生成氣態氯化鹽揮發出來,更對石英中的流體包裹體有一定的脫除效果。


四、晶格雜質脫除技術在完全純凈的石英晶體中只含有Si-O鍵,但由于類質同象替代現象的存在,天然石英中引入了大量的金屬-氧(Me-O)鍵,是天然石英礦物中雜質的主要來源之一。在酸浸提純石英過程中,TerryB等認為石英晶格中的Me-O鍵鍵能和性質決定了金屬雜質元素的分離難易程度:
Me(Li+、Na+、K+)-O鍵能最小,最容易破壞,但由于堿金屬離子在石英中起平衡電荷作用,并不能被有效脫除;
Me(Fe3+、Cu2+、Ca2+、Mn2+等)-O鍵能次之,是石英中較容易脫除的晶格雜質元素;
Me(Al3+、Ti4+)-O鍵能較大,Al、Ti取代石英晶格中的Si形成新的[AlO4]、[TiO4],是石英中最難脫除的晶格雜質元素。


石英在自然界存在多種不同晶型。石英在發生晶型轉變過程中,石英晶體結構也會發生變化,存在于晶格內部的雜質可能會遷移擴散至石英顆粒表面增加了被脫除的可能性。1500℃高溫時,石英向方石英相轉化,會發生鍵的斷裂和重組,石英晶格發生膨脹,有利于金屬雜質元素向石英表面遷移擴散。相比于真空氣氛焙燒,氮氣氣氛焙燒時石英向方石英轉化率更大,石英晶格雜質元素遷移擴散效率可能更高。




氯化焙燒是在低于石英熔點溫度下,石英中的雜質組分與氯化劑作用轉變為氯化物而揮發出來,石英在高溫氯化焙燒過程中存在晶型轉變,使得石英晶格中的金屬離子可能會遷移擴散到石英表面,與HCl、NH4Cl和Cl2等發生化學反應變成易揮發組分而實現與石英的分離,同時也阻止了雜質元素在冷卻過程再遷移擴散至石英晶格中。


總體來講,目前利用天然石英礦物加工高純石英技術已經逐漸成熟。預處理主要是使天然石英中的雜質充分解離和暴露,物理選礦分離石英與共伴生獨立礦物雜質效果顯著。包裹體雜質和晶格雜質決定了石英礦提純加工的極限,雖然關于這兩種雜質脫除技術研究已久,但效果不佳,是以后高純石英加工研究的重點。

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