高純石英砂提純工藝壁壘何在？
原標題：高純石英砂提純工藝壁壘何在？
生產高純石英砂需要同時具備較高的礦石質量和先進的生產設備及工藝，目前全球能夠供應高純度石英砂企業包括美國西比科公司（SIBELCO NORTH AMERICA,INC.）、挪威天闊石（The Quartz Corp）、日本的石英砂公司（Covalent Materials Corporation）等。
高純石英過去一般選用天然水晶為原料，再經過精選提純加工后，才能達到質量指標要求。但在世界范圍內，高品級石英原料緊缺，天然水晶儲量逐年減少，價格昂貴，并逐漸趨向枯竭，采用其他硅質礦物資源替代天然水晶石具有非常重要意義。上個世紀至本世紀，全球包括我國開始加大了用石英礦制備高純石英砂的技術攻關并取得了較大突破。
制備高純石英主要通過化學合成、天然水晶加工及石英礦物深度提純三種途徑，但由于化學合成、天然水晶加工的制備受原料、成本、產量等方面制約，難以大規模工業應用，因此，通過礦物加工來制備高純石英途徑及提純技術是過去及當下重點研究就運用方向。
高純石英的提純工藝首先將脈石英或石英巖破磨到所需要的粒度并脫除部分雜質，再通過物理和化學方式分離或者溶解雜質。整個提純過程可以簡單概括為預處理、物理處理和化學處理三個過程，具體為采用破碎、磨礦、篩分、磁選、酸洗、氯化焙燒等多種選礦方法。根據原礦成分與品位設計相應石英提純工藝：鈉含量較高石英礦需要進行高溫煅燒，鈣鎂較高的碳酸鹽礦物需要進行鹽酸預處理。
具體來看，高純石英砂的提純三大步驟分別如下：
（1）預處理環節。預處理階段目的是初步篩選雜質或將石英原料破碎到有利于雜質釋放與后續處理的所需粒度,一般采用機械破碎、電動粉碎、光學分選、超聲破碎、熱沖擊破碎等處理方式。石英粉碎處理需要考慮到有效單體的解離效果和粉碎過程中二次污染兩個方面因素。石英解離過程中為了避免鐵雜質二次污染影響和提高解離效果，可采取熱力粉碎、高壓脈沖粉碎、超聲破碎手段，這些方法缺點是能耗大、成本高，而傳統機械法相較于上述方法具有低成本和較高二次污染特點。傳統機械法是使用顎式破碎機或錐形破碎機將礦物粉碎到所需的粒度，顆粒形態為不規則棱角狀。
（2）物理處理階段。物理選礦方法主要包含磨礦、色選、磁選、浮選等方法，一般用于處理石英中共伴生礦物雜質。傳統摩擦是借助機械力和砂粒間磨剝力來除去表面薄膜鐵、粘結及泥性雜質礦物和進一步擦碎未成單體礦物集合體，再經分級作業達到進一步提純效果。目前主要有棒摩擦洗和機械擦洗兩種方法。機械擦洗受機械結構、擦洗時間、擦洗濃度等影響，回收率較低約40%；棒磨擦洗加入適當試劑，回收率可達到80%。相比摩擦選礦，色選、磁選、浮選在提純和去除云母、長石等雜質方面更進一步。
（3）化學處理階段。與物理選礦相比，化學處理去除雜質的效率更高,可在微裂縫和晶界內深度滲透的優勢可更好地處理包裹體和晶格類型雜質。酸洗、浸出和熱氯化是三種主要化學處理工藝。酸洗和浸出對包裹體雜質處理效果較好，而熱氯化可以清除較難處理的晶格雜質。
然后探討，關于雜質，哪種最難提純？
石英中的雜質元素有多種，每種雜質元素在石英中的含量和對提純加工的影響不盡相同，因此有必要考慮主要雜質元素含量的上限，而不單純的設置總量上限。天然石英晶體常與多種礦物共（伴）生，如綠泥石、金紅石、電氣石、方解石、螢石、白云母、黑云母、閃鋅礦、赤鐵礦、黃鐵礦、綠簾石、堇青石、長石、角閃石、石榴石、輝石、黃玉、鈦鐵礦和粘土礦物等，這些礦物是石英固體包裹體雜質的主要來源。
Fe：針對不同形式的鐵雜質，選用篩分、分級、擦洗、化學酸浸、浮選、重選、磁選以及微生物浸除法等不同選礦提純方法可以有效提純鐵雜質。
Al：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，物理性質高度相似，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。
因此，有學者通過根據石英中Al和Ti含量來判斷自然產出石英能否作為高純石英。通常Al和Ti在石英中的元素含量較高，通過簡單的提純工藝很難將其除去，而精細提純會增加生產成本，因此石英中的Al和Ti的含量是制約石英純度主要因素。據此，當石英中Al和Ti含量分別小于25ug/g和10μg/g天然石英，可歸結為高純石英范疇。
綜上，我們認為，高純石英砂提純技術流程并不復雜，但是能否甄別礦石并通過組合工藝實現部分雜質的極致化提純則是難點所在，尤其是對于一些特定元素的去除。
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