高純石英常見的選礦提純工藝

　　高純石英礦物的制備，首先是礦源的選擇，探明高純度的礦源，判石英別其潛在利用價值；其次針對不同礦源的雜質種類和賦存形態以及產品最終用途，選取不同的針對性處理工藝；最後檢驗分析提純過後的雜質含量是否達到要求。

　　針對石英礦與脈石礦物之間的物理或化學差異性選取合適的方法進行分選，提純和選礦方法主要有：色選、重選、磁選、靜電分離、浮選、酸浸、熱氯化等。

　　1、石英原礦的選擇

　　我國石英原礦富含礦物雜質、氣液包裹體和元素雜質，而後兩者通過普通方法較難除去。所以根據原礦的外觀，晶體好壞，表面雜物、顏色、包裹體情況和透光率等，選取元素雜質和包裹體雜質較少的原礦是後續能否有效提純高純石英的基礎，只有高品位、大儲量，才能生產出高純、經濟、穩定的高純石英產品。

　　2、煆燒與水淬

　　煆燒、水淬有利於石英礦下一步的研磨礦物解離，能去除部分較大的氣液包裹體。

　　石英礦進行高溫煆燒，在高溫下，石陶瓷英晶型轉變發生較大的體積膨脹，573℃、870℃、1470℃為晶型轉變點溫度，由於雜質與石英的膨脹率不同，利用急速的溫差變化致使石英礦產生大裂紋，裂紋往往產生在包裹體與石英基體的交界處，使雜質充分暴露，也能去除部分的氣液包裹體，同時水淬處理後有利於進一步的碎磨。

　　當裂縫達到一定程度即形成破碎，破碎後包裹體雜質易暴露在石英礦粒表面或者形成粒間解離。

　　3、粉碎及擦洗

　　粉碎是在機械力作用下減小礦物粒度的過程。不同行業中粉碎的目的不一，如陶瓷、水泥等行業僅要求一定的粒度組成。但在礦物加工行業中，粉碎的目的是要求礦物中共生的有用組分和無用組分能夠解離，有利於後續分選出精礦和尾礦。

　　標准的破碎和解離礦物的設備為顎式和圓錐破碎機，粗碎石英礦至釐米級並用擦洗設備去除礦物表面粘附的黏土及鐵的氧化物。

　　破碎與粉磨過程，由於石英礦相對較硬，與設備接觸摩擦頻繁，難免引入雜質。高純石英粉碎過程為了解決上述問題，可替換的技術有：自磨和高壓脈衝粉碎技術。

　　自磨機以粉碎物料本身作為研磨介質，能較大程度減少磨機介質對物料的污染。

　　高壓脈衝粉碎是近年來已商業化的，一項針對礦物選擇性解離和高純加工領域的新技術。其利用高壓脈衝放電在礦物內形成微小的等離子體通道並產生衝擊波，沿晶界進行斷裂，選擇性從礦物晶粒間解離，是已知唯一能直接作用於晶界間的解離方法。其優點是：與石英礦無機械接觸，不會引入雜質；能對礦物晶界進行選擇性破碎，因礦物雜質大部分賦存在石英晶界間，較大可能暴露晶界間的雜質，選擇性解離晶體內的礦物雜質、氣液包裹體，能提高之後的提純處理效率，最大程度減少過粉碎且能耗小。

　　粉碎過後進行擦洗脫泥，擦洗是借助機械攪拌讓礦粒間互相摩擦，並用水衝刷。這對石英顆粒表面的薄膜鐵、泥性雜質礦物的去除有效，再經分級作業達到石英砂進一步提純的效果。

　　目前，主要有機械擦洗和超聲波擦洗等方法。對於機械擦洗，一般認為影響擦洗效果的主要因素來自擦洗機本身的結構特點，其次為工藝因素：包括擦洗時間、濃度等。研究表明，砂礦擦洗濃度在50~60%之間效果最好，過大或過小，都會降低雜質礦物的擦除效果。擦洗時間不宜過長，若過長，會加大設備磨損、能耗。擦洗工藝對石英表面的氧化鐵膜，效果還是不錯。如某地石英砂原礦經水洗、分級脫泥後，進行機械擦洗，Fe2O3去除率達47。4%。相比較，超聲波擦洗比機械法效率高。

　　4、分級及色選

　　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。根據石英玻璃熔制工藝要求，高純石英原料的粒度分布要控制在一定範圍之內(一般是75μm~100石英管μm)，而高純石英原料的粉碎過程產出的產品粒度分布範圍較寬泛，需分級處理以滿足石英玻璃的粒度要求。分級過程還可以起到脫泥以降低鐵份的作用，因為石英比含鐵礦物硬度高，在相同的磨碎條件下，硬度小的礦物易磨，同時有研究表明，石英砂中SiO2的品位隨著石英砂粒度的變細而降低。

　　石英砂分級設備主要有：振動篩、離心式分級器、旋風器式分級機、水力旋流器等。

　　色選機中的光學檢測系統根據礦物次品與合格品在顏色、透明度上的差異，對分選裝置發出指令，用氣嘴對次品噴射高壓氣體，使之從合格品中剔除。礦物40mm以下用人工色選就很不經濟了。在3~5mm範圍內，色選機的效率最高。

　　5、浮選

　　浮選是根據礦物表面天然或改性後潤濕性的差異，疏水性表面易與氣泡結合，氣泡通過浮力把疏水礦物顆粒帶入氣泡層，而親水礦物仍然懸浮在礦漿中，剝離氣泡層的疏水顆粒，最終達到礦物分離的目的。

　　浮選法主要用於除去與石英礦共生的雲母、長石類礦物，也能浮選含磷、含鐵礦物，另外用浮選也可脫除破碎和研磨時混入的次生鐵。浮選流程的設計，依靠對礦物的種類，解離的程度等進行分析。

　　6、磁選

　　磁選，利用石英和含鐵礦物磁化系數差異進行分選，可以除去順磁性及鐵磁性礦物，包括赤鐵礦、鈦鐵礦和黑雲母，甚至金紅石等弱磁性礦物。磁選的次數和磁場的強度的增加對除鐵量有顯著影響，隨著高梯度強磁場磁選機的應用，磁選提純較過去明顯提升。

　　7、重選

　　利用礦物雜質與石英密度差異的重選分離，但一般都是針對含鐵的重礦物、以及破碎磨礦混入的次生鐵的選礦。重選包括脫泥和水力分級，常用的設備主要是螺旋選礦機、搖床等，螺旋選礦機和搖床處理顆粒的粒度範圍分別是2mm~50μm和2mm~38μm，其中搖床的分選效果較好

　　8、高壓靜電分離

　　高壓靜電分離，是利用不同礦物表面導電性能的差異，喂料干燥後進入高達60~120kV/m的高壓靜電場中，在靜電力和機械力的作用下，實現對物料的分離。長石和石英的電導率分別為710nS/m和58nS/m；介電常數分別為5。36和4。4。

　　摩擦靜電分選機適合非導電礦物的分選，石英顆粒與長石顆粒摩擦時，石英介電常數比長石小，長石顆粒容易失去電子帶正電，而石英顆粒帶負電，通過高壓靜電場作用，能夠從石英中分離出長石，分選的顆粒範圍為1mm~75μm，作為浮選長石的一種干法替代方案。

　　9、熱處理

　　熱處理，利用石英的晶型轉變和氣液包裹體加熱後的熱爆效應，釋放石英包裹體中的氣體和液體，降低石英玻璃煉制過程中由於氣液包裹體所引入的氣泡和雜質。

　　一般的處理方式是：在高溫真空狀態下，一般1500℃左右，排除包裹體，除了溫度因素還與氣體分子的種類有關，氣體分子越小，擴散石英舟系數越大，He、H2容易擴散排出；水、氧等易與熔體反應；N2、CO、CO2、CxHx(烷類)等氣體則極難從熔體中排出，最終形成氣泡。

　　10、酸浸洗

　　由於石英不溶於酸(HF除外)，其他雜質礦物能被酸溶解的特點，采用酸洗法來除去溶於酸的鐵礦石和一部分硅酸鹽礦物，特別是石英顆粒表面的薄膜鐵，還能溶解部分的流體包裹體。

　　常用的酸有硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸等，酸的種類、濃度，酸浸洗的時間、溫度，礦漿攪拌程度以及石英的粒度均會影響酸浸效果。

　　研究表明，單獨用一種酸不如混合酸的浸洗效果好。華南師範大學周永恆教授通過試驗提出酸浸石英雜質的最佳工藝條件，添加HF能使Al的含量從23。7ppm下降到15。1ppm，但石英的損失率達到21%。各種研究都表明：單獨使用HCl或H2SO4都不能達到高純石英，只有加入HF的混合酸才能得到高純石英石。

　　11、熱氯化

　　熱氯化處理過程中，石英礦在氯氣或氯化氫氣氛中加熱到1000~1200℃。氯氣或氯化氫與石英晶格中的堿金屬、堿土金屬以及過渡金屬反應，生成相應的氣相氯化物。

　　這些晶格雜質含量在高溫燈管、半導體行業的應用中要求特別嚴，熱氯化是生成高純石英砂不可或缺的處理工藝。

　　12、檢驗

　　普通石英玻璃原料一般配備X射線熒光分析(XRF)可以滿足檢驗要求，高純石英玻璃原料需要能檢驗亞ppm級的設備，如電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)。