• 專題

    關于高純石英的9大“硬核”知識點

    中國粉體網 2019/6/19 08:29:05 點擊 802 次

    導讀 高純石英砂是指SiO2含量在99.95%以上或者更高,Fe2O3含量在0.0001%以下,Al2O3含量在0.01%以下的石英砂。

    中國粉體網訊  


    “高純石英砂”是什么?


    高純石英砂是指SiO2含量在99.95%以上或者更高,Fe2O3含量在0.0001%以下,Al2O3含量在0.01%以下的石英砂。主要應用在高新技術產業如航空航天、生物工程、高頻率技術、電子技術、光纖通信和軍工等領域。



    (來源:網絡)


    何謂“高純石英原料”?


    “高純石英原料”是指那些能被現有成熟的礦物加工技術將其SiO2純度提純至99.9%及以上的天然石英礦物資源,提純后的高純石英砂滿足現代高新產業使用效能的嚴格要求。


    “高純石英原料”與“玻璃硅質原料”都是被賦予經濟意義的以石英礦物為主的工業礦物原料名稱,但二者的礦物加工產品瞄準的應用領域差異明顯,玻璃硅質原料主要用以生產平板玻璃和器皿玻璃,而高純石英原料是用于制造光纖、石英坩堝、石英玻璃、單晶硅和多晶硅等高新技術產品的一類特殊石英資源。高純石英原料更符合現代高新產業對原料極高化學純度的特征要求。


    高純石英礦床需要滿足哪些條件?


    研究表明:規模大、品位高、品質好的高純石英礦床有3個基本地質條件:


    硅源充足;

    無同期金屬礦床伴生以保證硅源和礦石的純度;

    動定相宜的構造環境以提供大規模硅質運移通道、穩定的壓力-溫度和充分的高純石英結晶時間(P-T-t)以及足夠的成礦空間。


    美國尤尼明公司認為高純石英的提純極限與其原料的品質密切相關,并對高純石英原料的礦床地質特點進行了研究,認為獨特的石英礦床的地質作用導致石英動力學重結晶,石英顆粒的晶體塑性變形,晶體內空隙雜質沿著新形成的顆粒界限集中,與變形運動相隨的液體,有助于這些雜質的溶解和遷移,使雜質從重新結晶的石英顆粒中移出。


    如何除鐵雜質?


    一般鐵在石英礦中以以下常見的六種形式存在:


    以細微粒狀賦存在粘土或高嶺土化的長石中;

    以氧化鐵薄膜形式附著于石英顆粒表面;

    鐵礦物(赤鐵礦、磁鐵礦、鏡鐵礦、鈦鐵礦等)或含鐵礦物(云母、角閃石、石榴子石等);

    在石英顆粒內部呈浸染或透鏡狀態;

    以固溶體狀態存在于石英晶體內部;

    破碎磨礦過程中會混入一定量的次生鐵。


    針對不同形式的鐵雜質,選用以下不同選礦提純方法:


    (1)篩分、分級


    主要應用在鐵雜質以微細粒狀存在于粘土礦物中時或者石英原礦泥化現象嚴重時,采用此法可以有效地將之除去,提高SiO2的含量。近年來隨著細篩技術的進步和微小型旋流器的應用,分級粒度越來越小,對有效去除微細粒的鐵雜質非常有效。


    (2)擦洗


    主要用來脫除石英礦表面的薄膜或者鐵銹以及粘性、泥性雜質礦物,再經過分級作業將它們除去,從而達到提純的目的。目前,主要有棒磨擦洗和超聲波擦洗。對于機械擦洗,影響因素主要包括擦洗機的結構、配置形式以及擦洗時間、擦洗濃度等。研究表明,擦洗濃度在50%~60%之間效果最好,濃度過大或過小,都會降低雜質礦物的擦除效果,而且在一定程度上反而加大了石英砂的提純難度;擦洗時間原則上以初步達到產品質量要求為準,不宜過長。時間過長,會加大設備磨損,提高能耗,增加選礦成本。


    (3)化學酸浸


    酸浸法經常用于除去石英顆粒表面的薄膜鐵和石英顆粒內部的鐵雜質,也用來除去其它雜質。緣于石英不溶于酸(除HF例外),其他雜質礦物能被酸溶解的特點。常用的酸有硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸和草酸等;通常在酸浸過程中加入綠礬,亞硫酸鹽等還原劑,更有利于雜質礦物的浸出。酸的濃度、酸的用量、酸浸的時間、溫度以及礦漿攪拌均會影響石英砂的浸出效果。試驗表明,混合酸的浸出好于單一酸的浸出效果。缺點是對設備腐蝕嚴重、成本高、污染環境、浸出時間長。


    (4)浮選法


    浮選法主要用于除去石英顆粒內呈浸染狀或透鏡狀的鐵以及存在于云母、角閃石等礦物中的鐵,另外用浮選也可脫除破碎和磨礦混入的次生鐵。常用的浮選方法是用H2SO4做pH調整劑和陰陽離子混合捕收劑除鐵,或者用HF為活化劑和陽離子胺類捕收劑的氫氟酸法或者用陰離子捕收劑,在抑制劑的作用下除去鐵雜質。


    (5)重選、磁選


    主要用來除去石英礦中的含鐵的重礦物、鐵礦物、泥性礦物以及破碎磨礦混入的次生鐵,以提高石英砂的質量。重選包括水洗脫泥、水力分級和搖床選礦三種,常用的設備主要是螺旋選礦機、溜槽和搖床等,搖床的分選效果較好。


    磁選是利用石英和含鐵礦物磁性的不同而進行分選的一種方法,可以最大限度地除去包括連生體在內的赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質礦物。磁選的次數和磁場的強度對磁選除鐵有顯著影響,隨磁選次數和磁場強度的增加,除鐵量顯著增加。尤其是近年高梯度強磁場磁選機的發明,對非金屬礦物的提純有顯著效果。



    電磁漿料高梯度磁選機

    (來源:山東華特磁電科技股份有限公司)



    立環強磁選機

    (來源:沈陽隆基電磁科技股份有限公司)



    電磁干粉高梯度磁選機

    (來源:濰坊邁基特磁電設備有限公司)


    (6)微生物浸除法


    主要應用于石英表面的薄膜鐵或浸染鐵。國外在這方面做的工作比較多,國內很少有這方面的報道。有研究表明,用黑曲霉素菌、青霉、假單胞菌、多粘菌素桿菌等微生物對石英表面薄膜鐵浸除時,均取得了良好的效果,其中以黑曲霉素菌除鐵效果最佳,Fe2O3的浸除率多在75%以上,精礦Fe2O3的品位低達0.007%。


    如何除鋁雜質?


    石英礦中的鋁雜質主要以長石,云母和粘土礦物的形式存在,對于粘土礦物,采用擦洗和分級脫泥方法即可除去。而對于以長石形式存在的含鋁礦物,與石英的有效分離一直以來是選礦界的難點,尤其是長石和石英的分離。因為二者同屬架狀硅酸鹽礦物,物理性質極其相似,用重選和磁選無法將其分離。最有效的方法是浮選法,在深度提純時也使用混合酸浸出法。


    (1)有氟浮選法


    以HF做調整劑,在陽離子捕收劑體系下對長石和石英浮選分離,在實踐中被公認為最合適的藥劑制度,所以,到今天為止,世界仍有很多工廠用這一工藝進行長石的生產和石英的提純。但是由于HF有劇毒,對環境有很大的污染以及對設備腐蝕也相當嚴重,現已不使用或被禁止使用,無氟浮選工藝也逐漸普及。


    (2)無氟浮選法


    無氟浮選法是針對有氟浮選法對環境有嚴重影響而迅速發展起來的一種方法,主要分為酸性浮長石法、中性浮長石法和堿性浮石英法,其中以酸性浮選長石法最為成熟,實現了工業生產。


    (3)氯化焙燒


    氯化焙燒又稱氯化脫氣,利用顆粒表面與內部在高濃氯氣作用下產生的化學位梯度,促使氣液包裹體擴散出去。石英顆粒表層的堿金屬、堿土金屬和殘余的包裹體等雜質在高溫下與氯氣反應生成氣態氯化物,相較于其他金屬離子,Al和B的反應活性較低,高溫氣流將這些雜質元素的氯化物帶走,從而達到深度提純的目的。


    氯化焙燒是一種深度提純工藝,成本較高,處理能力有限,具有一定危險性。當前,僅有美國尤尼明公司實現該工藝的工業應用,國內有科研機構、企業進行了嘗試,實驗室試驗取得部分成功,但尚未見應用于大規模工業生產。


    該工藝對進料要求較高,一般是經過傳統工藝提純后,SiO2純度達到99.99%,雜質總量小于100×10-6的石英砂才能滿足進料要求,起氯化作用的氣體主要是Cl2,可單獨使用,也可與HCl混合煅燒,而高純N2和Ar的混入可降低廢氣處理壓力。氯化焙燒的裝置多為自行設計,還沒有統一的標準設備,仍處于不斷發展完善過程中。


    其他提純工藝有哪些?


    高溫真空法;

    高溫摻雜提純法;

    煅燒-酸淬法;

    微波爆裂法;

    超聲波分散提純法;

    高壓靜電分離;

    輻照色選法等。


    石英色選技術?


    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以下用人工色選很不經濟。在3~5mm范圍內,色選機的效率很高。色選技術可以用于分選石英礦中,透明石英與乳石英(milky quartz)、薔薇石英(rose quartz)、煙晶(smoky quartz)等有色礦物。



    石英石專用色選機

    (來源:合肥谷鑫電子科技有限公司)



    自由落體式礦石色選機

    (來源:安徽捷泰智能科技有限公司)



    石英砂色選機

    (來源:合肥百特光電科技有限公司)



    雙層粉料礦石色選機

    (來源:安徽中科光電色選機械有限公司)


    高純石英的檢測技術?


    由于高純石英純度高,需要測試的元素種類較多,常用的分析化學法和X射線熒光光譜法(XRF)均難以達到要求。目前普遍采用的測試方法是電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-OES),該方法具有靈敏度高、精確度好、基體效應小、選擇性高、標準曲線線性范圍寬等優點,對金屬元素具有良好的檢出限,可以在短時間內對數種元素同時進行測定。



    ICP-OES

    (來源:網絡)


    “四個一體”高純石英技術?


    高純石英技術包括高純石英原料選擇技術、加工工藝技術、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。因此,發展我國高純石英技術是一項系統工程,僅僅從某個方面努力是難以達到效果的。因為原料選擇技術是高純石英技術的基礎和前提,在缺少高純石英原料選擇技術情況下,難以獲得高品質原料;在缺少高品質原料情況下,難以加工出高端產品;在缺少加工裝備技術情況下,難以實現高端產品產業化;在缺少質量檢測技術情況下,各項工作將都難以開展。


    附相關圖表:







    圖1-4高純石英礦處理流程圖





    參考資料:

    汪靈等.中國高純石英技術現狀與發展前景.成都理工大學

    汪靈等.我國高純石英加工技術現狀與發展建議.成都理工大學

    丁亞卓.低品位石英礦提純制備高純度石英的研究.東北大學

    吳逍.高純石英原料選擇評價及提純工藝研究.西南科技大學

    周亢.提高石英浮選提純效果的研究.華南理工大學


    (中國粉體網編輯整理/平安)

    注:圖片非商業用途,存在侵權告知刪除!

    10   
    相關新聞:
    七星彩论坛区