中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在現(xiàn)代工業(yè)體系中，高純石英砂作為眾多高端領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，其純度直接決定了產(chǎn)品的性能與質(zhì)量。從半導(dǎo)體芯片制造到光通信產(chǎn)業(yè)，從太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域到高端光學(xué)儀器生產(chǎn)，高純石英砂都扮演著不可或缺的角色。然而，天然石英砂中往往含有多種雜質(zhì)，極大地限制了其應(yīng)用范圍。
目前高純石英砂的提純方法主要分為物理法和化學(xué)法。物理法提純無(wú)法去除元素雜質(zhì)，需要進(jìn)行化學(xué)法深度提純�；瘜W(xué)深度提純主要包括酸（堿、鹽）處理法和熱處理法，酸（堿、鹽）處理主要去除以包裹體形式存在石英砂顆粒表面或鑲嵌于顆粒中的雜質(zhì)。
酸處理法
在經(jīng)歷初步物理提純后，大部分雜質(zhì)礦物已被去除，但還有少量雜質(zhì)礦物處在晶界、微裂隙及晶體內(nèi)，酸（堿、鹽）處理法主要是為了去除這部分雜質(zhì)。其中酸浸法應(yīng)用最為廣泛，常采用氫氟酸、硫酸、鹽酸和硝酸這幾種酸的混合溶液對(duì)石英砂進(jìn)行提純。
有氟浸出：混合酸協(xié)同高效除雜策略
大量試驗(yàn)表明，高純石英除雜采用單一酸浸效果不佳，而采用混合酸浸則可利用不同酸產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，有效地去除雜質(zhì)。研究表明，HCl-H2C2O4-HF混合酸對(duì)Fe的去除效果較H2SO4-H2C2O4-HF混合酸的效果好，且能有效避免硫?qū)κ⒕V的污染。
張研研將煅燒水淬后的花崗偉晶巖長(zhǎng)石尾礦利用n(HF)∶n(HCl)=1∶9的混合酸處理，得到最終產(chǎn)品SiO2含量99.9928%。
鐘樂(lè)樂(lè)將真空焙燒后的某脈石英礦進(jìn)行還原體系的熱壓混合酸浸，酸浸條件為HF1.2mol/L、HCl 3mol/L、HNO3 1mol/L，最終得到石英砂SiO2含量達(dá)到99.996%。
夏章杰利用H2SO4和HF進(jìn)行混合酸浸，H2SO4濃度為3mol/L、HF濃度為0．5mol/L，最終測(cè)得Fe、K、Al的浸出率分別為97.31%、94．87%、86．47%。
雷紹民等人研究表明，HCl-H2C2O4-HF混合酸對(duì)Fe的去除效果較H2SO4-H2C2O4-HF混合酸的效果好，且能有效避免硫?qū)κ⒕V的污染。
無(wú)氟浸出：環(huán)保驅(qū)動(dòng)下的技術(shù)探索
隨著環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)以及國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度不斷提高，高純石英混合酸浸中的無(wú)氟無(wú)硝工藝在未來(lái)工業(yè)實(shí)踐里的重要性愈發(fā)凸顯。雖然有氟浸出在高純石英砂提純方面已取得一定成效，但如今無(wú)氟浸出工藝正逐漸成為研究熱點(diǎn)，備受關(guān)注，其研究進(jìn)展也備受期待。
夏章杰利用熱壓浸出處理石英，在260℃、H3PO4濃度0.6mol/L條件下浸出4h，雜質(zhì)去除率達(dá)到85.26%，Al去除率達(dá)到87%，再經(jīng)過(guò)1000℃加入NaCO3焙燒，最終Al含量25.22×10-6，SiO2含量達(dá)到99.995%。
林敏在HCl和H2SO4體系中通過(guò)添加銨鹽輔助催化浸出，熱壓浸出過(guò)程中，HCl-NH4Cl體系在最佳條件下，雜質(zhì)去除率85.2%，Al去除率88.2%；H2SO4-NH4Cl體系在最佳條件下，雜質(zhì)去除率84.0%，Al去除率87.5%。
裴振宇等人，采用堿浸工藝，利用氫氧化鈉代替氫氟酸作為浸出劑純化石英。研究了浸出劑濃度、浸出時(shí)間對(duì)堿浸的影響，對(duì)比了堿浸與鹽酸單酸、鹽酸-氫氟酸混酸浸出的效果，得出影響堿浸效果的因素和改進(jìn)措施。
結(jié)果表明，堿浸時(shí)由于水合鋁硅酸鈉生成并附著于石英表面，嚴(yán)重影響浸出效果。鹽酸浸出可溶解吸附在堿浸精礦表面的水合鋁硅酸鈉，改善堿浸效果。采用氫氧化鈉浸出后再用鹽酸浸出，石英中Al、Na元素含量分別由62.8μg/g和43.8μg/g降至17.01μg/g和32.88μg/g，與鹽酸-氫氟酸混酸浸出后的16.32μg/g和25.34μg/g接近，堿浸工藝避免了使用氫氟酸，且達(dá)到了與傳統(tǒng)氫氟酸工藝相近的浸出提純效果�？勺鳛楦呒兪⑸�無(wú)氟制備工藝的一環(huán)，用于去除沿裂縫和位錯(cuò)集中分布的雜質(zhì)。
現(xiàn)階段，工業(yè)上還使用以HF為主的酸浸工藝，無(wú)氟無(wú)硝工藝還僅在實(shí)驗(yàn)室研究階段，但已經(jīng)取得了一定的成效，為今后環(huán)境友好型生產(chǎn)工藝的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。
行業(yè)內(nèi)主流酸洗配方
在高純石英砂的提純中，草酸（H2C2O4）和氫氟酸（HF）組成的酸洗配方可用于高純度石英砂（SiO₂≥99.99%）的深度除雜，該配方中草酸濃度為8%-12%、氫氟酸濃度為0.5%-1.5%（重量比），主要針對(duì)鐵、鋁雜質(zhì)，特別是晶格內(nèi)包裹體。在工藝條件上，需通過(guò)石墨換熱器將溫度控制在65-75℃，并動(dòng)態(tài)攪拌3-6小時(shí)。此外，加入少量氟硅酸（H2SiF6）可協(xié)同增效，提升對(duì)鈦雜質(zhì)的去除率。
鹽酸（HCl）和氫氟酸（HF）混合酸洗配方：其中鹽酸濃度為4-6mol/L，氫氟酸濃度為0.5%-1%，該配方適用于中低純度（SiO2≥99.5%）石英砂的快速酸洗，具有成本較低的優(yōu)勢(shì)，但需嚴(yán)格處理廢液。其工藝條件為在常溫或40-50℃下進(jìn)行酸洗，若選擇該溫度范圍可將反應(yīng)時(shí)間縮短至12-24小時(shí)，并且采用分步處理的方式，先利用鹽酸洗出金屬氧化物，再用氫氟酸溶解硅酸鹽殘留。
小結(jié)
綜上所述，酸處理法在高純石英砂的提純過(guò)程中展現(xiàn)出了顯著的成效，無(wú)論是有氟浸出利用混合酸協(xié)同效應(yīng)高效除雜，還是無(wú)氟浸出在環(huán)保理念下取得的階段性成果，都為高純石英砂提純技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。盡管當(dāng)前無(wú)氟無(wú)硝工藝仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，但已取得的成果無(wú)疑為未來(lái)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)了希望。
參考來(lái)源：
首泰環(huán)保裝備；中國(guó)粉體網(wǎng)
裴振宇等.脈石英堿浸提純工藝及機(jī)理研究
武志超,張海啟,譚秀民,馬亞夢(mèng),高純石英應(yīng)用及化學(xué)提純技術(shù)研究進(jìn)展
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/九思)
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