• 2024-11-13 09:05:32

石英砂是一种重要的工业矿物原料，广泛应用于玻璃制造、铸造、陶瓷、化工等众多领域。然而，天然石英砂往往含有多种杂质，如铁、铝、钛等金属氧化物，以及云母、长石等矿物杂质。这些杂质会影响石英砂的品质和使用性能，例如在玻璃生产中，过高的铁含量会使玻璃带有颜色，降低透明度。因此，提纯工艺对于石英砂来说至关重要，能够让它从普通的矿物原料转变为高质量的工业原料。

该工艺指温度在1000℃以上，0.01Mpa的真空状态下，气液包裹体内外形成巨大的压力差使其发生爆裂，同时，高温真空状态有利于脱去石英砂中的羟基。

高温焙烧过程中石英晶格会发生转型，低温下由a-石英变为β-石英，随着反应温度进一步升高会再次转变为方石英。石英晶格转变是通过石英晶格中Si-O键键角的变化而发生的，当石英晶格发生变形时，其晶格体积发生变化导致原石英晶体内部的结构平衡被破坏，晶格中杂质金属元素不再保持稳定状态，发生一系列的热运动，最终扩散至石英晶格表面并气化扩散至石英表面。 

同时在高温真空焙烧条件下，石英砂中的气液包裹体受热膨胀，在石英晶格发生变形时随着晶格体积的变化发生破裂，将包裹体内部的杂质暴露出来，并受到内外浓度差的影响最终气化扩散出去，从而达到石英纯化的目的。 

高温真空焙烧装置图

氯化焙烧又称氯化脱气，利用颗粒表面与内部在高浓氯气作用下产生的化学位  梯度，促使气液包裹体扩散出去。石英颗粒表层的碱金属、碱土金属  和残余的包裹体等杂质在高温下与氯气反应生成气态氯化物  ，相较于其他金属离子，Al和B的反应活性较低，高温气流将这些杂质元素的氯化物带走，从而达到深度提纯的目的。 

氯化焙烧是一种深度提纯工艺，成本较高，处理能力有限，具有一定危险性。当前，仅有美国矽比科等极少数几家公司实现该工艺的工业应用。 

该工艺对进料要求较高，一般是经过传统工艺提纯后，SiO2纯度达到99.99%，杂质总量小于100×10-6的石英砂才能满足进料要求。氯化焙烧的装置多为自行设计，还没有统一的标准设备，仍处于不断发展完善过程中。 

根据氯化剂的种类，氯化焙烧可分为固态氯化焙烧和气态氯化焙烧。其中：固态氯化焙烧所使用的氯化剂一般为NaCl、CaCl2、NH4Cl；气态氯化焙烧所使用的氯化剂一般为Cl2、HCl。    

超导磁选机作为国内磁选装备中的高端选矿装备，其关键技术在于通过低温技术来处理线圈，使线圈达到超导状态，以提高磁体所产生的背景场强。 

超导磁选机的工作原理，是利用钛、铌三锡等超导材料制作的超导线，通过后期加工，将超导线环绕成特种线圈置于密闭良好的低温杜瓦中。采用液氦浸泡及制冷系统传导冷却的方式，使超导线圈工作环境温度维持在-268.8℃左右，此时超导线圈电阻为零。由于缠绕线圈电阻为零，电导率为无穷大，可以承载更大的电流，增加超导线圈匝数，以螺旋管的方式进行绕制，最终可获得超高的背景磁场。 

静电分选是利用高压静电进行物料的分离、提纯的技术，它利用物质的导电特性、介电常数的不同，使其在电场中荷电，根据物料颗粒受到静电力、重力、离心力等作用力的差异，导致矿物颗粒在电场中的运动轨迹不同，从而实现矿物分选的一种物理选矿方法。电选工艺简单，且是干式作业，不存在废水污染及处理问题，是一项具有巨大发展潜力和广阔应用前景的技术。 

近几十年来电选普遍应用于稀有金属矿精选，在有色金属矿、非金属矿甚至黑色金属矿的选矿中也得到了广泛应用。在城市固废  回收利用方面电选也有广泛应用，重点是粉煤灰脱炭、废弃塑料分选，废旧家电回收等；还包括从工业废料中有价值资源的回收，如冶炼金属硅渣、金属切割磨屑等。 

电选装备，作为成熟的物理选矿设备，具有技术成熟、控制简便、效果稳定等特点，也可以有效降低高纯石英中的金属杂质，减少后续工艺复杂性，在高纯石英除杂中发挥着独特的作用。 

超声波具有安全、高效、稳定等特点，超声波的频率为2x104~109Hz之间。当超声波在水（或）溶液中发出时，会产生许多压缩、膨胀区域，导致了无数微气泡（空化泡）的形成和破裂，这种情况被称为空化现象。 

当空化泡崩溃时，在极短时间和极小空间内，产生5000K以上的高温和大约5x107Pa的高压，温度变化率高达109K/s，并伴生强烈的冲击波和时速达400km的射流，对液体中的石英砂颗粒进行猛烈的冲击，在这种剧烈的冲击下，颗粒表面的微量杂质迅速地从颗粒表面脱落，从而达到提纯的作用。 

 常规焙烧和微波焙烧原理示意图 

掺杂提纯是高温条件下使掺入的元素与杂质元素反应生成易溶于水或酸的物质，而后水洗或酸洗提纯。 

研究人员采用杂质总含量为41.94x10-6的石英粉，先后掺入NaNO3、Al(NO3)3·9H2O，在900℃下煅烧，获得石英精砂杂质总量小于25x10-6，达到IOTA-Std标准。