⽯英砂提纯⽅法研究
⽯英砂提纯⽅法研究
⾼纯⼆氧化硅是⼀类极为重要的光电⼦材料，⼴泛应⽤于半导体、光纤通汛、激光和航天等⾼技术领域。随着这些领域的迅速发展，对⾼纯⼆氧化硅中杂质含量的要求更为严格，对⾼纯⼆氧化硅的需求量亦⽇益增加。⽬前我国所需的⾼纯⼆氧化硅⼤部分依赖进⼝。因此，采⽤⽯英砂提纯技术，获得⾼纯⼆氧化硅，是满⾜我国⾼技术领域对⾼纯硅需求的有效途径，对促进我国国民经济发展具有重要的意义。⽬前提纯⽯英砂的主要⽅法可以分为物理⽅法和化学⽅法两种。
1物理⽅法
物理⽅法主要是⽔洗和分级脱泥、擦洗、磁选、浮选和超声波法。
1.1⽔洗和分级脱泥
这种⽅法主要是针对含有⼤量粘⼟矿物的⽯英砂。因为随着⽯英砂颗粒变细，其中SiO2的品位随之降低，⽽铁质和铝质等杂质矿物的品位反⽽升⾼，所以在⼊选前对⽯英砂原矿进⾏⽔选、分级脱泥⾮常必要，并且效果也较为明显18j。它只是作为⼀种矿⽯⼈选前的预处理⽅法，应⽤得较早也很普遍，但对于存在于⽯英砂表⾯的薄膜铁和粘连性杂质矿物，其脱除
效果尚不显著。
1.2擦洗
擦洗是借助机械⼒和砂粒间的磨剥⼒来除去⽯英砂表⾯的薄膜铁、粘结及泥性杂质矿物和进⼀步擦碎未成单体的矿物集合体，再经分级作业达到⽯英砂进⼀步提纯的效果。⽬前，主要有棒磨擦洗和机械擦洗⼆种⽅法。对于机械擦洗，其相关机械设备的结构和配置以及⼯艺流程中的擦洗时间和擦洗浓度都是影响擦洗效果的主要因素。由于影响它的因素太多，使机械擦洗的回收率很低，只有约40％，所以机械擦洗的效果不太理想。相对于机械擦洗，棒磨擦洗的效果要⽐它好得多。在棒磨擦洗⼯艺中，加⼊适当的药剂，增⼤杂质矿物和⽯英颗粒表⾯的电斥⼒，增强杂质矿物与⽯英颗粒相互间的分离效果，使擦洗的回收率提⾼到80％，棒磨擦洗⼏乎是机械擦洗的两倍，但是对于提纯⾼纯度的⽯英砂，它也只是对矿⽯预处理的⼀种⽅法。
1.3磁选
磁选法可以最⼤限度的去除⽯英砂颗粒内含有的杂质，以⾚铁矿，褐铁矿和⿊云母等为主的弱磁性杂质矿物和以磁铁矿为主的强磁性矿物。对于弱磁性杂质矿物常选⽤在100000e 以上的强磁机，对于强磁性杂质的矿物常采⽤弱磁机或者是中磁机进⾏磁选。⼀般来说，磁选次数和磁场强度对磁选除铁效果有重要影响，随磁选次数的增加，含铁量逐渐减少;⽽在⼀定的磁场强度下可除去⼤部分的铁质，但此后磁场
强度即使提⾼很多，除铁率也⽆多⼤变化。另外，⽯英砂粒度越细，除铁效果越好，其原因是细粒⽯英砂中含铁杂质矿物量⾼的缘故。⽥⾦星在⾼纯⽯英砂的提纯⼯艺研究进⾏了实验研究，结果表明，随磁场强度的增⼤，杂质的脱除率上升，磁场强度达到100000e以后，杂质的脱除率增加不明显。因此适宜的磁场强度应为100000e。经磁选后，40⽬Si02品位可达99.05％，Fe203含量为0.071％：40—80⽬Si02品位为99.09％，Fe203含量0.070％；80—140⽬Si02品位99.14％，Fe203含量0.067％：140—200⽬Si02品位99.10％，Fe203含量0.069％。但是⽯英砂中含杂质较多时，特别是含有较多的弱磁性或⾮磁性的杂质时，仅采⽤磁选是不能提纯成⾼纯⽯英砂的。
1.4浮选
浮选是为了除去⽯英砂中长⽯、云母等⾮磁性伴⽣杂质矿物。⽬前主要有有氟浮选和⽆氟浮选两种⽅法。有氟浮选是采⽤阳离⼦捕收剂和活化剂在酸性pH值范围内进⾏的。
石英砂岩但是考虑到含氟废⽔对环境的严重影响，⼈们开始转向⽆氟浮选。利⽤⽯英、长⽯结构构成的差异，合理凋配阴阳离⼦混合捕收剂的配⽐及⽤量，利⽤他们Zeta电位的不同，优先浮选出长⽯，实现⼆者的分离llo，。有⽂献报道在中性条件下，加⼊⽆氟浮选药剂，使⼆氧化硅微细粉体中Si02含量从99.1％提⾼到99.77％左右，相应地Fe203含量从0.081％下降到0.023％，产率在83％⼀85％。这表明⽆氟浮选能显著改善⼆氧化硅微细粉体的品质。汤亚飞等采⽤六偏磷酸钠作分散剂和浮选调整剂，⼗⼆胺作捕收剂，可从⽯英微细粉料中除去铁杂质，Fe2O3含量由0.09％下降⾄0.02％，产率达到85％。
1.5超声波法
超声波法是依靠介质来传播的⼀种声波，它具有机械能，在传播过程中将会引起与介质的相互作⽤，产⽣各种效应(机械效应、热效应及空⽳效应)。利⽤超声波的粉碎头作⽤于液体时，使得液体内部发⽣变化，产⽣压⼒或拉⼒，当拉⼒达到⼀定强度，产⽣空化作⽤，造成⽆数⼩⽓泡，这些⽓泡随着超声振动被压缩⽽压⼒减⼩；当⽓泡达到临界尺度时(该尺度决定了超声波的频率)，这些⽓泡将会破裂，产⽣巨⼤的压⼒，对液体中的固体颗粒进⾏猛烈的冲击，在这种剧烈的冲击下，颗粒表⾯的微量杂质或⽔花膜，迅速地从颗粒表⾯剥落，在分散剂的作⽤下成为微细的悬浮物，脱离⽯英砂，经洗涤分离后，使⽯英砂的纯度⼤⼤地提⾼。廖青等在⽔和少量分散剂的传媒介质中，将0-15mm的沉积⽯英砂岩颗粒粉末，经超声波处理，使含
Fe2030.12％，S10299.42％的⽯英砂达到含Fe2030。01％、8i0299.8％，回收率在99％以上，达到光学玻璃⽤砂的标准。. 2化学⽅法
化学⽅法主要是酸浸法和络合法，酸浸法是利⽤⽯英不溶于酸(HF除外)，其他杂质矿物能被酸液溶解的特点，从⽽可以实现对⽯英的进⼀步提纯。络合法是利⽤⽯英粉在经过酸浸后，酸⼜能与溶液中的杂质离⼦形成配位化合物，使溶液中的杂质离⼦进⼀步去除。
酸浸法⼜分为单酸浸法和混合酸浸法。酸浸法常?⽤酸类有硫酸、盐酸，硝酸和。络合法常⽤的
酸类主要是草酸和醋酸(更多破碎机和昆明破碎机的技术细节请访问昆明昆重和昆⿍重机选矿设备⽹)。上述酸类对⽯英中⾦属杂质矿物均有较好的去除效果。各种稀酸对Pe和A1的去除效果明显，⽽对Ti和Cr的去除则主要利⽤较浓的硫酸，王⽔和处理。影响酸处理效果的主要因素是酸浓度、温度、时间以及洗涤过程等。
2.1单酸浸法
将⼀定量的⽯英砂置于⼀定浓度的酸溶液中，加热到⼀定温度，加热适当的时间，将酸溶液回收，⽯英砂经洗涤、⼲燥即可。四川某地的含粉砂粘⼟质硅藻⼟l‘oJ，⽤硫酸作为酸浸剂，通过对温度，硫酸浓度及液固⽐的研究，得出当温度为90℃，硫酸浓度为40％，液固⽐为10：1时，硅藻⼟中铁的浸出率最佳，Fe20，的含量由3％-4％降低到0.86％，A1203含量也由9.55％降低到7.08％，硅藻⼟中SiO：的含量升⾼到80％以上。周永恒在对⽯英的酸浸提纯实验研究中，通过对的酸浸温度，浓度，时间的研究，结果表明：当脉⽯英原料粉在温度为120℃、HF与⽔的⽐例为0.4—0.5的溶液中酸浸0.5-6h，其纯度可达到中⾼档⽯英玻璃的标准。
2.2混合酸浸法
由于每⼀种酸对⽯英砂中杂质的去除效果不同，不同的酸混合在⼀起，产⽣协同效应，使⽯英砂中杂质的去除率更⾼，可以获得纯度更⾼的⽯英砂。将⽔洗后的⽯英砂加⼊到混合酸液中，在常温下，间隙搅
拌浸出，⼀般时间为24h，若在加热的条件下，采⽤搅拌浸出，时间⼀般为2—6h，洗涤⼲燥即可。张嫦等利⽤在室温下，18％盐酸与硅微粉1.5：1的液固⽐，接着再⽤25％硫酸，硫酸与硅微粉的液固⽐为2：1进⾏第⼆次酸浸，所⽤的酸浸时间均为12h，经两次酸浸纯化处理后的硅微粉中铁含量<60ug／g。将洗选过的⽯英砂按20％-80％的固体质量分数配成浆料放⼈装有机械搅拌器的容器中，然后加⼊盐酸溶液(1％⼀10％)和
氟硅酸溶液(1％⼀10％)，将⽯英砂和溶液在75-100'C温度下搅拌2—3h，然后除去料浆中的溶液，再⽤⽔清洗数次、直⾄清洗液pH值接近中性为⽌。⽤此法处理，可使⽯英砂的铁含量由0.0059％降低⾄0.0002％-0.005％。沈久所⽤的混合酸⽐例为硫酸：盐酸：硝酸：⼆50％：25％：15％：10％，加热到80℃，浸出矿浆的浓度为50％-55％，其⼆氧化硅的含量和铁杂质的含量达到⾼纯⽯英砂的标准(SiO2≥99.98％，Fe2O3≤0.001％)。
2.3络合法
络合法是将⼀种中等强度的有机酸，与⽯英砂表⾯的杂质发⽣反应，且还能与反应后的杂质离⼦形成稳定的配位化合物，降低了杂质离⼦在颗粒表⾯的浓度，同时也防⽌离⼦在洗涤过程中产⽣沉淀，使⽯英砂中杂质含量进⼀步降低。Panias等120，将平均粒径20ltm含铁量为110x10°的⽯英砂，称取⼀定量置于草酸溶液中，在加热⾄80℃下，处理时间为3h，可以溶解含铁矿物，在酸性溶液中只能以Fe3’形式存
在，Fe3+再与草酸形成稳定的螯合物，其除铁率在80％-100％之间，经过处理后，⽯英砂中含铁量低于10x10-~。湖南省浏阳市的⽯英砂，经过草酸处理后，样品中SiO2含量由98.26％升⾼到99.81％，A1203的含量由0.18％降低到0.15％，Fe203含量降低⾄0.10％。
以上所⽤的酸均可⽤蒸发、凝结或其他⽅法达到再⽣、重复使⽤的⽬的。当Si02纯度要求很⾼时，清洗酸液的⽔必须是蒸馏⽔或去离⼦⽔，以免⾃来⽔中所含的铁等杂质对⾼纯Si02造成污染。
2.4其他⽅法
SiO2的应⽤⼗分⼴泛，不同的应⽤，对其纯度要求也不同，因此，有时也采⽤⼀些其他的提纯⽅法作进⼀步的提纯，如电选法是利⽤⽯英与杂质矿物在电性上微⼩的差别，选出微量的⾦属杂质矿物：热爆裂法是将⼆氧化硅加热到⼀定的温度后矿物中的包裹体发⽣爆裂，使包裹体中的杂质得以去除。热氯化法可除去⽯英⽓泡相中杂质矿物及⾦属包裹体等。
3结语
不管是物理⽅法还是化学⽅法，在⽯英砂提纯的整个⼯艺过程中，都有不可替代的作⽤。在实际应⽤中，往往是先⽤物理⽅法作预处理，如⽔洗和分级脱泥、擦洗、磁选，浮选和超声波法，除去⼤部分的杂质，再进⾏化学⽅法即酸浸法和络合法，进⼀步除去⽯英砂中的微量杂质。但是化学⽅法所使⽤的酸
液对环境有着严重的污染，这就需要我们寻求⼀种新的，⽆污染的提纯⽅法。结合化学、物理、机械化学、电磁(波)化学等专业知识，研究⾼纯⽯英砂的提纯技术是今后重要的发展⽅向。随着经济的发展，⽯英砂的选矿提纯具有很重要的经济效益和社会效益。尤其是随着微电⼦、光电等⾏业的发展，⾼纯⽯英砂的优良性能是其他粉末⽆法替代的，市场前景极为⼴阔。