貴州鑄造材料為您介紹石英砂提純與深加工技術要點！

我國石英礦資源豐富，區(qū)域分布較廣，但雜質種類多且賦存狀態(tài)復雜。近年來，石英砂提純及深加工技術研究主要圍繞選礦提純（物理法、化學法、生物法和聯(lián)合提純法）、硅微粉加工（超細粉碎、球形化處理）和表面改性等方面展開。

1、物理法提純

物理方法主要是通過水洗-分級脫泥、擦洗、磁選和浮選等方法除去石英砂中的雜質，也可以聯(lián)合幾種工藝進一步除雜。

（1）水洗-分級脫泥和擦洗

在石英砂選礦過程中，通常把粒度小于0.1mm的細粒級稱為礦泥。針對還有大量黏土及礦泥的石英砂，隨著粒度的變細，二氧化硅的品位逐漸降低，而鐵、鋁等雜質反而上升。采用水洗-分級脫泥方法可有效提高其品位。

對江蘇宿遷馬鞍山石英砂進行水洗-分級脫泥，其鐵含量可降至0.49%，鋁含量降至6.79%。

對于石英砂表面的薄膜鐵和粘連性的雜質，水洗-分級脫泥的效果較差，這就需要借助機械力和砂粒之間的磨剝力來去除適應砂表面的薄膜鐵及粘連性雜質，在經過分級脫泥就可以實現(xiàn)較好地除雜效果。

研究表明：棒磨擦洗的效果最為理想，一般擦洗濃度在50%-60%，擦洗時間應根據(jù)礦石的性質來確定，以初步達到產品質量要求，時間不宜過長，以避免能耗過多及對設備的過大磨損。

對云南某地SiO2含量95%-97%的石英礦，采用加藥高效強力棒摩擦洗-分級脫泥工藝流程，可得到SiO2≥99.81%的精砂產品。

另外，在擦洗的過程中通過添加助擦劑（如水玻璃），可降低礦物顆粒表面能，提高顆粒之間的電斥力，產生對細粒之間的分散和顆粒的分裂作用，從而起到助擦洗的作用。

（2）超聲波除鐵法

天然石英砂的顆粒表面容易受到含鐵雜質的溶液污染，在表面形成鐵質薄膜，造成天然石英砂含鐵過高，難以除去的問題。在超聲波作用下，石英顆粒表面的鐵薄膜便會脫落下來，從而達到除鐵等雜質的目的。

（3）重選、磁選和浮選

對于石英砂礦來說，常采用螺旋選礦機、溜槽、搖床等重選設備。

對海南某石英砂進行擦洗后再搖床分選，SiO2含量可由99.3%提高到99.75%，但精礦產率相對較低。

磁選法可一定程度的去除赤鐵礦、褐鐵礦及黑云母等鐵鈦雜質。

采用SLon（1.8T）立環(huán)脈動磁選機對江西某含鐵量0.012%的石英砂磁選，最終鐵含量可降至0.0077%。

對于一些賦存在鐵礦物顆粒中或賦存于黑云母、石榴石及角閃石等礦物顆粒中的鐵雜質，以及賦存于長石中的鋁雜質，最有效的去除方法是浮選法。目前浮選主要采用酸性條件，根據(jù)所使用的藥劑不同可分為有氟浮選和無氟浮選。

但從工業(yè)生產來看，有氟浮選仍是最主要的浮選方法，其優(yōu)勢是提純效果較好，技術成熟，但對設備的腐蝕作用較大，環(huán)境污染較為嚴重。

2、化學法提純

提純石英砂的化學方法主要為酸浸法，因其浸出效率高也是最常用的。相對于物理方法，化學法的成本要高，但是提純效果要好，特別是對石英砂純度要求較高的情況下，化學提純更有效。

酸浸中常用的酸有硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸、草酸等。稀酸對鐵、鋁、鎂等雜質去除效果好，而濃的硫酸、氫氟酸對鈦、鉻雜質去除效果好，因此在實際選礦中，混合酸對石英砂的提純效果最佳。

對四川金口河石英砂做了提純試驗研究，將樣品粉碎研磨至-0.074mm，水洗將比重小于水的雜質除去；酸浸采用質量分數(shù)為10%的鹽酸，在溫度45℃，酸浸時間為5h的條件下，石英砂的SiO2含量提高到了99.66%，對鐵雜質的去除作用明顯，由原礦的0.2441%降至71×10-6。

對某地普通硅質原料精制提純，先經過破碎分選，又經HF-HCl混合液酸洗過后，貴州鑄造材料最終獲得SiO2含量為98.47%的精制石英砂，其鐵、鋁的雜質含量分別降至0.019%和0.184%。

草酸屬于弱酸，對環(huán)境污染小，對設備的腐蝕作用少，且除鐵效果明顯。其反應機理是草酸與石英砂顆粒表面的鐵等雜質反應生成幾種絡合物，從而脫離顆粒表面達到分離提純的目的。

通過草酸浸出試驗研究了安徽鳳陽白云石廠的石英砂，石英砂中的鐵含量可由132.0g/t降低到8.5g/t，除鐵效率達到了93.6%。

此外，針對石英內部的包裹體雜質，通常采用高溫氯化煅燒法去除，其原理是將石英加熱到1000-1300℃，通入氯氣和氯化氫混合氣體，以去除氣液包裹體里面的堿金屬及堿土金屬、過渡金屬等雜質，經高溫氯化后的石英砂純度能達到99.99%以上。

3、微生物法提純

微生物浸出是一種利用微生物的生理機能及其代謝產物經氧化、溶解及分解等作用使石英砂表面的雜質成分與石英母體分離的新型提純方法。

由國外研究發(fā)現(xiàn)，使用黑曲霉、草分枝桿菌、青霉、多粘素桿菌等微生物浸出石英砂均有較好的提純效果。

對某石英砂進行了用黑曲霉浸出其雜質的研究，最終使SiO2含量提高到93.44%。

研究了草分枝桿菌、赤鐵礦、石英的表面電性及其相互作用力。在pH=5的條件下草分枝桿菌與赤鐵礦之間的作用力表現(xiàn)為吸引力，而與石英之間的作用力表現(xiàn)為斥力。利用這種差異性，草分枝桿菌可作為赤鐵礦的絮凝捕收劑使用。

雖然微生物浸出具有更環(huán)保，更節(jié)能的除雜優(yōu)勢，但是其浸出時間長，浸出效率低等缺點制約了在工業(yè)上的應用。

4、聯(lián)合提純

由于不同地區(qū)的石英礦性質不同，所含雜質、嵌部粒度也不盡相同，因此，在對預處理后的石英砂進行進一步提純制備時，需要根據(jù)石英砂本身的礦石性質采取不同的聯(lián)合工藝流程，才能有針對性地除雜，得到高純度的石英砂。

對湖南某地石英砂采用浮選-酸浸提純，最終將石英砂中的雜質含量由205.475g/t降到62.9g/t，石英砂純度達到99.9936%。

對湖北薪春某硅石礦進行分級脫泥-強磁選-浮選-混合酸浸工藝，最終獲得SiO2含量為99.99%的高純石英砂。

以安微霍山地區(qū)石英礦為原料，采用煅燒-水淬-浮選-酸洗-乙醇去離子水混合清洗的工藝，使K、Na元素的雜質質量分數(shù)≤1.5×10-6，Al雜質的質量分數(shù)≤1.3×10-5，而SiO2含量提高到了99.99%以上。

采用煅燒-水淬-水利分級-磁選-浮選-酸浸-超聲清洗-高溫氯化煅燒脫氣等工藝，將石英原礦中的雜質總量由225.96g/t降至25.29g/t。

5、超細粉碎加工

隨著高技術領域的迅猛發(fā)展，高純石英粉作為填充材料已顯示出廣闊的應用前景，在集成電路、催化劑、高級磨料、精細化工等領域應用廣泛。

加工過程通常以高純石英砂為原料，經熔融煅燒、超細磨、分級等工藝生產出合格的超細石英粉。

以SiO2含量為99.94%的石英粉作為原材料，采用以氧化鋯球為研磨介質、研磨桶內壁和攪拌器襯以聚氨酷的攪拌磨，經過12h的粉磨及沉降分級，獲得了SiO2含量99.91%，1μm以下的占11.65%的高純石英粉。

6、球形化處理

球形石英粉又稱球形硅微粉，是指顆粒個體呈球形，主要成分為二氧化硅的無定形石英粉體材料，其制備方法主要有火焰熔融法、等離子加熱爐法、化學合成法、水解法等。

目前，我國球形硅微粉產品的純度、粒度以及產品質量穩(wěn)定性與國外產品比較還存在一定的差距。

試驗發(fā)現(xiàn)碳極高溫電弧法在微粉球形化中是較理想的加熱方法，用機械整形機對顆粒預整形可提高微粉的球形化效果。

用氧氣-乙炔火焰法制備了高純度的球形石英粉，該方法工藝簡化、控制容易、產率高，具有大規(guī)模生產球形石英粉的潛力。

7、表面改性

天然石英粉與高分子材料的親和能力差，作為填料時往往分散不均勻，甚至成團，對產品的質量影響較大，因此需對石英粉進行表面改性處理，使之具有反應活性。

石英砂表面化學改性常用的改性劑有硅烷偶聯(lián)劑（氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯基、三甲基、甲基和乙烯基）、鋁酸鹽偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硬脂酸復合劑等，其中主要使用的是硅烷偶聯(lián)劑。

利用干法機械力化學改性，選擇KH-570偶聯(lián)劑和鋁酸鹽兩種改性劑對石英粉進行復合改性，制得了高品質的球形石英粉。

選擇KH-550偶聯(lián)劑作為表面改性劑，結果使超細石英粉的表面羥基數(shù)由原來的1.74個/nm2減少至0.42個/nm2，疏水性得到了提高，改性效果明顯。

隨著科學技術地不斷發(fā)展，下游應用市場對石英砂的要求也越來越高，這不僅體現(xiàn)在純度和粒度上，還有向低結晶度、低放射性、球形化方向發(fā)展的趨勢，并根據(jù)不同用途逐步實現(xiàn)功能化、貴州鑄造材料專用化和系列化，這對高純石英砂的提純和深加工技術來說，必將迎來更高的挑戰(zhàn)和發(fā)展空間。