中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在高純石英礦品質(zhì)明確的前提下，應(yīng)該采用哪種提純工藝流程？這需要基于石英礦石原料的工藝礦物學(xué)研究和可選性試驗(yàn)結(jié)果而設(shè)計(jì)制定，其中，對(duì)于各種常用的提純方法的機(jī)理的認(rèn)識(shí)更是必不可少。
焙燒與水淬
焙燒是針對(duì)石英在低于其熔點(diǎn)溫度下進(jìn)行的一種高溫處理工藝，常與水淬工藝相關(guān)聯(lián)。石英礦在高溫焙燒和水淬處理的過(guò)程中，高溫受熱與低溫驟冷會(huì)導(dǎo)致礦物晶格內(nèi)部?jī)?nèi)應(yīng)力發(fā)生急劇變化，從而導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生或直接破碎。通過(guò)焙燒和水淬處理，礦石的整體機(jī)械強(qiáng)度降低，使石英礦在制砂過(guò)程中更容易破碎成砂，從而有效地降低了能耗。
另外，在焙燒和水淬過(guò)程中，石英內(nèi)部的氣液包裹體在受熱后會(huì)發(fā)生體積膨脹，從而使氣液包裹體附近產(chǎn)生微裂紋或破裂。而對(duì)于固體包裹體來(lái)說(shuō)，由于雜質(zhì)相與石英相在熱膨脹系數(shù)上存在差異，故而雜質(zhì)相與石英相的相界面處在熱脹冷縮過(guò)程中容易發(fā)生破裂。這些微裂紋或破裂使得石英礦在后期提純過(guò)程中，處于石英內(nèi)部的雜質(zhì)相更易被徹底去除，從而獲得更高品質(zhì)的高純石英砂。
此外，對(duì)于含多種礦物的石英礦床(如花崗偉晶巖)，焙燒和水淬還可以促進(jìn)破碎時(shí)不同礦物相的解離，使石英與長(zhǎng)石、云母等礦物更好的分離，從而減少石英與雜質(zhì)礦物伴生顆粒的數(shù)量。
酸浸
在礦物加工行業(yè)，酸浸一般被用來(lái)從低品位礦石中提取目標(biāo)金屬元素，例如銅礦、金礦和銀礦加工時(shí)的Cu、Au、Ag元素的化學(xué)浸出過(guò)程。相反，對(duì)于石英砂提純來(lái)說(shuō)，酸浸是借助酸去除雜質(zhì)的酸洗過(guò)程，其中涉及到脈石礦物溶解、雜質(zhì)金屬元素溶解以及包裹體雜質(zhì)去除的化學(xué)浸出過(guò)程，例如酸浸去除石英砂表面的褐鐵礦。
酸浸常用的酸有氫氟酸(HF)、鹽酸(HCI)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、草酸(H2C2O4)和高氯酸(HClO4)等。石英的特殊結(jié)構(gòu)使其僅能溶解于氫氟酸，而不溶解于其他酸。借助這一特點(diǎn)，除氫氟酸外的酸可以用來(lái)去除石英中的Al、Fe、Li、Na、K等雜質(zhì)金屬元素，且酸浸溶液中添加適量的氫氟酸則可以用來(lái)去除混在石英砂里面的少量脈石礦物。
浮選
浮選是一種基于礦物顆粒表面疏水性差異導(dǎo)致的不同顆粒間存在上浮或下沉的差異，從而使目標(biāo)礦物在浮選槽礦漿中隨氣泡浮出或沉底的分離方法。浮選過(guò)程需要浮選藥劑、攪拌裝置和充氣裝置等相互配合才能達(dá)到分離不同礦物顆粒的效果。浮選藥劑的選擇是能否成功浮選分離不同礦物的關(guān)鍵。
浮選機(jī)工作示意圖（圖源：蔣雪松博士）
浮選過(guò)程通常會(huì)涉及到兩種或兩種以上浮選藥劑的交互作用，其中浮選藥劑包括捕收劑、pH調(diào)節(jié)劑、抑制劑、起泡劑和活化劑等。浮選藥劑的使用目的是引起或擴(kuò)大目標(biāo)礦物顆粒和其他顆粒的疏水性差異，從而使顆粒在浮選過(guò)程中表現(xiàn)出不同的上浮或下沉現(xiàn)象，最終使目標(biāo)礦物浮出或沉在槽底。按照目標(biāo)礦物在浮選過(guò)程中的不同行為，浮選可分為正浮選和反浮選。正浮選為目標(biāo)礦物隨氣泡浮出浮選槽，而反浮選為目標(biāo)礦物沉在浮選槽底部。
石英砂提純中浮選目的主要是分離石英砂和脈石礦物，主要涉及到石英與長(zhǎng)石的分離、石英與云母的分離等。石英與伴生礦物長(zhǎng)石的浮選分離是石英砂提純中最常見(jiàn)的浮選應(yīng)用。
氯化
在冶金領(lǐng)域，氯化是一種用于分離提取礦物中有價(jià)值的金屬元素的常用方法，該方法一般通過(guò)氯化焙燒的方式實(shí)現(xiàn)。在氯化焙燒過(guò)程中，礦石中的有價(jià)值的金屬元素在氯化劑的作用下會(huì)形成金屬氯化物。與金屬元素本身或者其他種類的化合物相比，金屬氯化物具有低熔點(diǎn)、易揮發(fā)、易溶于水和易還原等特點(diǎn)，因此可以通過(guò)氯化焙燒工藝，使得有價(jià)值的金屬元素以氯化物的形式進(jìn)行富集和提取，從而達(dá)到分離有價(jià)值金屬元素的目的。
根據(jù)物質(zhì)形態(tài)，氯化劑可分為氣體氯化劑和固體氯化劑，并且各有優(yōu)缺點(diǎn)。從氯化機(jī)理方面來(lái)說(shuō)，氣體氯化劑在氯化焙燒過(guò)程中直接參與氯化反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單。對(duì)比之下，固體氯化劑的反應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜。
在制備高純石英砂過(guò)程中，氯化焙燒常被用來(lái)去除石英晶格內(nèi)的雜質(zhì)金屬元素。一般來(lái)說(shuō)，氯化焙燒為工藝流程的最后一步，用來(lái)去除經(jīng)過(guò)磁選、浮選、酸浸等提純手段后石英晶格內(nèi)殘存的雜質(zhì)金屬元素。
針對(duì)不同的石英礦石原料，采用的石英提純工藝流程也都不一樣。具體采用哪些工藝，必須系統(tǒng)研究礦石原料特征、掌握各種提純工藝的原理，再加上反復(fù)試驗(yàn)，才可能摸索出最佳的工藝流程。2025年4月23-24日，由中國(guó)粉體網(wǎng)、中粉會(huì)展主辦的“2025全國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)”將在江蘇南京召開(kāi)，屆時(shí)來(lái)自中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的蔣雪松博士，將做題為《天然礦石制備高純石英砂提純工藝機(jī)理分享》的報(bào)告。
蔣雪松博士將聚焦天然石英礦石制取高純石英砂的核心工藝，深入剖析幾種主流提純方法的機(jī)理及其在實(shí)踐應(yīng)用中的挑戰(zhàn)，希望為高純石英砂行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與優(yōu)化提供思路。
蔣博士現(xiàn)就職于中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，同時(shí)擔(dān)任玖曦硅業(yè)技術(shù)總監(jiān)、聯(lián)合創(chuàng)始人，深耕硅基材料領(lǐng)域研究，主要包括高純石英材料制備、新型礦物分離技術(shù)開(kāi)發(fā)、浮選藥劑配制與開(kāi)發(fā)、礦物檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)等研究，發(fā)表SCI論文10余篇，擁有多項(xiàng)發(fā)明專利。精通石英礦石鑒定、高純石英砂生產(chǎn)工藝及其檢測(cè)技術(shù)，成功推進(jìn)多項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。
資料來(lái)源：蔣雪松：高純石英砂制備及浮選機(jī)理研究，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士論文
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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