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简述关于石英砂常见的5种处理方法!

2022-03-03

  高纯石英砂是高新技术产业发展的物质基础,其应用领域涉及到光纤、军事、航天工业等。这些领域对石英砂原料的纯度要求极为严苛,要求石英砂中杂质含量非常低,特别是对Fe、Al等杂质含量要求极高。因此,石英砂纯化技术关乎我国高新技术领域的长远发展。

  石英砂中矿物杂质通常以非石英矿物的形式存在,如长石、云母、石榴石、锆石、钛铁矿和许多其它矿物。这些杂质的存在方式主要有以下几种:

  作为松散的伴生矿物,未与石英晶体发生化学结合。

  作为矿物碎片,在其表面化学和物理上与石英晶体结合,这类杂质主要为含铁矿物和含铝矿物。

  被石英颗粒包裹或被相互结合的石英晶体包围的矿物。作为间隙离子取代硅,这些杂质主要有:Al3+、Fe2+、Fe3+、B3+、Ti4+、Ge4+、P5+等,这些离子取代Si4+,形成共价键。当这种情况发生时,通常会伴随着Li1+、K1+、Na1+和H1+等元素的掺杂以保持SiO2晶格的电中性。Al元素是石英矿中主要杂质元素之一,且Al3+和Si4+半径相近,易替代Si4+,其含量通常高达数千ppm,因此Al含量是石英矿质量的重要指标。

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  处理方法

  目前,石英砂提纯工艺主要包括机械粉碎、磁选、浮选、酸浸、煅烧、水淬、高温氯化焙烧等能够有效去除石英晶格内的金属离子杂质。

  1、机械粉碎

  机械粉碎是利用机械作用力使矿物粒度减小的方法。这个过程主要是使石英矿物中的非结构性杂质与石英分离,使杂质暴露在石英颗粒的外表面,进而提高后续工序的提纯处理效率。

  2、磁选

  磁选原理是根据石英矿物的磁性不同,从石英矿中分离磁性矿物杂质的一种选别杂质的手段。磁选的目的是为了去除带有磁性的石英原矿包裹体中的一些磁性矿物。

  3、浮选

  浮选是根据矿体表面天然或改性后润湿性的差异,将疏水性物质与亲水性物质选择性的分离。浮选主要用以去除与石英共生的云母、长石类矿物,也能浮选含磷、含铁矿物。

  4、酸浸

  酸浸是根据石英、云母及长石在酸性溶液中溶解能力的不同进行石英纯化的手段。酸浸能够有效除去石英中铁矿石及石英微粒表面的氧化物薄膜,对于云母、长石等矿物杂质一般使用氢氟酸进行溶蚀。酸浸常用酸介质有盐酸、硫酸、硝酸、醋酸和氢氟酸。

  5、热处理

  在高纯石英提纯工艺中,热处理是指对石英进行高温煅烧(800~900℃)。热处理在石英提纯工艺中有两方面作用,先石英矿物质地坚硬,莫氏硬度达到7,属于难磨矿物。但石英矿物在内部的晶体结构上存在各向异性,而且矿物中存在的白云母和硅酸盐矿物等杂质膨胀系数与石英存在差异。因此石英矿物经过了高温煅烧与水淬后,受热迅速膨胀,急冷紧急收缩时会引起应力集中,导致矿物产生裂纹,从而实现石英破碎。

  高温煅烧的同时加入氯化剂,即采用氯化焙烧法进行石英提纯,已被证实是目前去除石英晶格内杂质有效的方法。利用金属氧化物在高温环境下与氯化剂发生氯化反应,从而生成气态金属氯化物并挥发,进而达到去除金属氧化物杂质的目的。


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