中国粉体网讯 随着我国光伏和半导体等行业的快速发展，我国高纯石英砂的需求量越来越高。然而，我国的天然水晶资源并不多，因此需要通过对脉石英、石英岩等二氧化硅含量高的石英类矿物进行除杂、提纯从而得到高纯石英砂。
石英砂除杂工艺是将原料石英砂，通过水洗分级、擦洗脱泥、磁选、色选、浮选、酸洗、热反应等方法联合作业，去除石英砂中的矿物杂质，获得粒度和杂质含量均符合要求的高纯石英砂。
1、水洗、分级脱泥
在石英原料的破碎过程中，不可避免的带来了泥土等杂质。水洗和分级脱泥是一种矿石入选前的预处理方法，这种方法可以使泥土溶解，此时，石英砂中SiO2的纯度与石英砂粒度的大小有关，即随着石英砂的粒度变小而降低，而铁杂质矿物的含量则随着石英砂粒径变小而变大，这是因为原砂粒径变小，则其表面积就会变大，颗粒表面与水的接触面积越大，加速了颗粒表面泥土的溶解，从而使泥土与石英分离。
水洗分级设备：主要用于各行业用硅砂的严格分级及精选；煤炭行业的煤粉与页岩的分级。
2、擦洗
擦洗是通过用机器来增加外部的作用力提高石英砂颗粒之间的相互碰撞，继而使砂粒之间产生了磨削力，使其表面粘附的薄膜铁和泥土杂质与砂粒分离。根据多年的研究发现，石英砂矿物中的集合体也可以因为受到这种外力的作用，使集合体发生解离，方便了后续的提纯。
擦洗设备：主要用于矿泥的分散、矿物表面杂质的去除和擦洗
3、磁选
磁选是去除原料中含铁杂质的有效方法之一。磁选工艺的采用，可以最大限度的清除包括连生体颗粒在内的赤铁矿、褐铁矿和黑云母等弱磁性杂质矿物。据了解，通常情况下，高纯石英砂的磁选工艺需要进行两次或是两次以上，以确保所得成品砂中磁性杂质更少。
磁选设备：常用的磁选设备有除铁器、磁滑轮、干式筒式磁选机、永磁筒式磁选机、感应辊式磁选机、盘式磁选机、高梯度磁选机、超导磁选机、琼斯型湿式强磁选机、平环式磁选机等。可根据矿物原料杂质含量以及磁性杂质强弱对磁选设备进行选择。
4、浮选
石英砂浮选主要是去除石英砂中的长石、云母等非磁性伴生杂质。石英砂浮选主要包括有氟浮选和无氟浮选。其中，有氟浮选是采用阳离子捕收剂和氢氟酸活化剂在酸性pH值范围内进行，其缺点是含氟废水对环境污染严重，需进行处理后排放。无氟浮选是主要利用阴阳离子混合捕收剂的配比和用量，利用它们Zeta电位不同，优先浮选出长石，实现分离。目前，国内企业一般采用三级浮选工艺流程分别去除石英砂中的云母类矿物和长石类矿物。
浮选机：浮选机工作时，随着叶轮的旋转，槽内矿浆从四周经槽底由叶轮下端吸到叶轮叶片之间，同时，由鼓风机给入的低压空气经空心轴和叶轮腔的空气分配器，也进入其中。矿浆与空气在叶片之间充分混合后，从叶轮上半部周边向斜上方推出，由定子稳流和定向后进入整个槽中。气泡上升到泡沫稳定区，经过富集过程，泡沫从溢流堰自流溢出，进入泡沫槽。还有一部分矿浆向叶轮下部流去，再经叶轮搅拌，重新混合形成矿化气泡，剩余的矿浆流向下一槽，直到终成为尾矿。
5、色选
色选技术是根据物料光学特性的差异，利用光电探测技术将颗粒状物料中的异色颗粒物料自动分拣出来。较纯的硅石为白色或乳白色，含铁杂质或其脉石矿物的颜色则呈微黄、浅黄色或浅褐色和灰色等，在颜色和光泽上存在一定的差异，理论上可以利用这种差异将它们分离。
色选机：主要由给料系统、光学检测系统、信号处理系统和分离执行系统组成。
6、酸洗
在经历初步物理提纯后，大部分杂质矿物已被去除，但还有少量杂质矿物处在晶界、微裂隙及晶体内，酸（碱、盐）处理法主要是为了去除这部分杂质。其中酸浸法应用最为广泛，常采用氢氟酸、硫酸、盐酸和硝酸其中两种或两种以上酸的混合溶液对石英砂进行提纯。
酸洗反应釜：因石英砂中的金属氧化物等杂质可与混合酸发生化学反应，生成不溶解的酸化沉渣，从而将杂质分离，进而达到提纯石英砂的目的。酸洗过程通常在密闭的酸反应釜中进行。
7、热处理
在高纯石英砂的提纯中，热处理是指将石英砂放置在高温或是中温环境中，进行直接高温爆裂法或是采用氯化焙烧的方式对石英砂进行除杂的过程。热处理可以去除石英晶格杂质、碱金属等间隙原子类杂质。目前直接高温爆裂法又包括高温焙烧和微波加热法，是去除石英晶格杂质、碱金属等间隙原子类杂质最主要的方法，氯化焙烧是在一定温度和氛围条件下，将杂质组分离子转化为低沸点的氯化物，进而将杂质组分分离的过程。
目前热反应通常采用高温氯化炉、焙烧炉进行石英砂的热反应处理。有学者研究，微波炉进行石英砂的提纯处理可在很大程度上减少粉尘以及酸污染，已有少量企业已经落地微波炉的使用，但是由于成本等原因，尚未大面积使用。
结语
高纯石英已成为光伏、半导体等行业不可替代的关键原材料。随着中国制造业的不断发展，我国对高纯石英石的需求越来越高，突破高纯石英砂加工技术困境也愈发重要。由于不同地区的石英矿性质不同，所含杂质不尽相同，各行业所需石英砂的纯度也不同，因此，在进行高纯石英砂的提纯时，需要根据石英砂本身的矿石性质采取不同的生产工艺以及生产设备，方可有针对性地除杂，得到满足客户需求的高纯度的石英砂。
参考来源：
吴逍；高纯石英原料选择评价及提纯工艺研究
潘俊良；氯化焙烧法制备4N8标准级高纯石英试验研究，成都理工大学
马晓光等，高纯石英砂浮选工艺与药剂研究进展
郯城县人民政府官网、中国粉体网等
张忠益等，工业硅小粒度硅石原料色选提纯研究
（中国粉体网编辑整理/九思）
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