石英的加工和提純技術(shù)是隨著現(xiàn)代工業(yè)的需要而發(fā)展起來的，加工與提純可以給其帶來非常高的附加價(jià)值。當(dāng)今社會(huì)對于石英的提純技術(shù)有著精礦質(zhì)量好、提純速度快，還要具有較好的環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)效益的更高要求，石英的研究提純與加工技術(shù)對于國家長遠(yuǎn)發(fā)展與新材料、新能源戰(zhàn)略具有重大意義。

石英砂是石英石經(jīng)破碎加工而成的石英顆粒。石英石是一種非金屬礦物質(zhì)，是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物。其主要礦物成分是SiO2 ，石英砂的顏色為乳白色、或無色半透明狀，硬度7，性脆無解理，貝殼狀斷口，油脂光澤，密度為2.65，堆積密度（1-20目為1.6~1.8），20-200目為1.5，其化學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能具有明顯的異向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔點(diǎn)1750℃。

常用規(guī)格有：0.5-1mm、1-2mm、2-4mm、4-8mm、8-16mm、16-32mm、10-20目、20-40目、40-80目、100-120目。

石英砂是重要的工業(yè)礦物原料，非化學(xué)危險(xiǎn)品，廣泛用于玻璃、鑄造、陶瓷及防火材料、冶煉硅鐵、冶金熔劑、冶金、建筑、化工、塑料、橡膠、磨料，濾料等工業(yè)。

1、磁選工藝

磁選提純法是一種通過磁場的作用除去石英礦中具有磁性雜質(zhì)的提純工藝，不僅可以除去石英中具有磁性的雜質(zhì)，還可以將帶有磁性雜質(zhì)的包裹體除去。

由于石英是非磁性物質(zhì)，不能被磁場所磁化，而石英礦中的磁性雜質(zhì)是可以被磁場磁化的。利用這一性質(zhì)上的差異，在磁場中可以使兩者分離。

在石英提純工藝中，磁選法對于除去磁性雜質(zhì)是非常簡單且有效的。按照磁性強(qiáng)弱可將磁選分為強(qiáng)磁磁選和弱磁磁選，弱磁場的磁選可除去磁性較強(qiáng)的雜質(zhì)礦物，如磁鐵礦；強(qiáng)磁場用來磁選磁性較弱的雜質(zhì)礦物，如赤鐵礦、鈦鐵礦、石榴子石等。

2、浮選工藝

浮選提純法是利用石英礦物和雜質(zhì)（主要是長石類硅酸鹽礦物）的晶體結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的不同，通過各種捕收劑或表面活化劑來調(diào)節(jié)石英與雜質(zhì)礦物的表面特性，使得雜質(zhì)與石英分離的提純工藝。

按照選擇捕收劑的不同，大體上有三種分類：一種是陽離子捕收劑浮選，一種是陰陽離子混合捕收劑浮選，第三種為陰離子捕收劑。最常用的陽離子捕收劑脂肪胺類的捕收劑，特點(diǎn)是受pH的影響較大。最常用的陰離子捕收劑是油酸或油酸納等，在沒有高價(jià)金屬陽離子活化的情況下，純石英在油酸納中完全不浮。兩性捕收劑具有多個(gè)官能團(tuán)，有較優(yōu)異的泡沫性能，可兼具其他兩類單一捕收劑的一些優(yōu)點(diǎn)。

浮選工藝可以受許多因素影響，如浮選的溫度、浮選劑的選擇、pH值的控制等。在浮選進(jìn)行之前，石英砂要磨成細(xì)小顆粒，使得其中的各類礦物可以被物理分離，將石英進(jìn)行煅燒水淬可以使浮選的效果更好。

3、煅燒工藝

煅燒工藝是指先將石英進(jìn)行高溫煅燒，然后將石英在高溫狀態(tài)下取出倒入水中進(jìn)行淬火的一種提純工藝。

高溫煅燒工藝在石英提純中具有兩種作用，一是用于熱力輔助粉碎，由于石英硬度很大，屬于難磨礦物，在機(jī)械粉磨時(shí)會(huì)非常困難，造成非常大的能耗。若是將石英直接破碎，將會(huì)造成過粉碎現(xiàn)象，熱力輔助粉碎可以減輕或避免石英過粉碎現(xiàn)象且減少了能耗。

另一優(yōu)勢是有利于石英的后序除雜工藝，在經(jīng)過煅燒—水淬工序后，石英的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生急劇變化，產(chǎn)生裂紋和破碎，將石英礦內(nèi)部的包裹體雜質(zhì)和裂口處的雜質(zhì)直接在表面露出，使雜質(zhì)在后續(xù)的提純過程中更容易去除。

4、酸浸工藝

石英晶體中最難以剔除的雜質(zhì)是直接取代到石英晶格中的雜質(zhì)。物理分離方法如研磨、篩分、密度分離、磁選等都是無效的，因?yàn)殡s質(zhì)在晶格中均勻分布。由于石英不溶于除HF外的其它酸，我們可以通過化學(xué)手段，采用酸浸的方法，將石英礦中表面層、裂隙中或結(jié)構(gòu)層間的各類金屬雜質(zhì)溶解，以達(dá)到更高的提純程度。

酸浸工藝通常使用的酸有硫酸、鹽酸、草酸、氫氟酸等，由于使用混酸浸漬除雜可以產(chǎn)生協(xié)同作用，除雜效果更好，所以通常使用混酸進(jìn)行酸浸。酸浸分離雜質(zhì)的反應(yīng)過程可分為幾個(gè)部分：有機(jī)酸和無機(jī)酸提供H+用于后期分離工藝，H+可以溶解伴生礦物（白云母和鈉長石），使其與石英分離。氫氟酸是一種特殊的酸，由于它能破壞硅氧鍵和鋁氧鍵，所以HF可以和白云母和鈉長石發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，由有機(jī)酸中的羰基和鋁硅酸鹽雜質(zhì)中的鋁、硅離子組成的絡(luò)合物可以更快溶解，達(dá)到優(yōu)異的除雜效果。但是HF也能將SiO2溶解，對于除去石英中的包裹體雜質(zhì)，用HF非常有效，但是HF的用量要適量，以免將更多的石英溶解。

影響酸浸的因素有：酸的選擇、酸的濃度及用量、酸溶液的溫度及酸浸時(shí)間等。此外，攪拌可以使酸液與石英的表面充分地接觸，提高酸浸提純的效果，加速酸浸過程。

5、氯化焙燒提純工藝

氯化焙燒工藝是去除石英晶格雜質(zhì)的非常有效的手段。在一定溫度和氣氛條件下，通入氯化劑使石英中的金屬氧化物雜質(zhì)變?yōu)榻饘俾然铮鶕?jù)一般金屬氯化物沸點(diǎn)較低的特點(diǎn)，可利用其揮發(fā)性達(dá)到分離雜質(zhì)的效果。且在氯化焙燒過程中，石英表面與內(nèi)部存在著化學(xué)位梯度，使石英內(nèi)部的包裹體雜質(zhì)通過擴(kuò)散排出，達(dá)到更深層次的提純效果。

常用的氯化劑有Cl2、HCl、NaCl、NH4Cl等，在高溫下這些氯化劑的氧化性強(qiáng)于O2的氧化性，可以與Al2O3、Fe2O3、TiO2等金屬氧化物發(fā)生氯化反應(yīng)將其除去。

氯化焙燒工藝具有設(shè)備簡單、除雜效果優(yōu)異、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種提純能力非常高的石英提純手段。此外，氯化過程中排出的污染氣體可以進(jìn)行尾氣處理，如排出的Cl2就可以通過NaOH尾氣處理裝置進(jìn)行處理，對環(huán)境的危害較小。

6、濕法冶金技術(shù)

通常來說，濕法冶金技術(shù)是從金屬礦物中浸出和提取金屬的一種化學(xué)處理方法，但是濕法冶金技術(shù)也可以用于從非金屬礦石中去除和分離金屬礦物，特別是對于含鐵礦物是一種十分有效的處理技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用于石英的提純，其傳統(tǒng)化學(xué)工藝主要包括微生物浸出、高溫浸出、高壓浸出、催化高溫浸出等，隨著人們的研究，高溫、高壓浸出和催化高溫、高壓浸出為生產(chǎn)高檔石英砂和降低酸耗提供了新的途徑。

濕法冶金技術(shù)中主要是利用酸分離雜質(zhì)礦物中的石英和貴重金屬元素，通過微生物浸出，凈化石英砂比簡單酸浸法的酸耗和成本更低。高溫浸出可以通過加熱的手段加速浸出，增大雜質(zhì)金屬元素的浸出率。在高溫浸出過程中，通過增加壓力可以有效降低酸的消耗。在石英加工中引入了穩(wěn)定的液體催化劑催化浸出工藝，在不使用氫氟酸的情況下也會(huì)降低酸的消耗，提高了石英礦石的提純效率。

微生物浸出有著低成本、低污染的優(yōu)點(diǎn)，浸出過程只需在室溫下進(jìn)行，不需要額外的加熱裝置。經(jīng)簡單處理后的浸出液可以排出。但是微生物浸出的應(yīng)用受到濕度、溫度、pH、耗水量、微生物菌種和浸出方法（傾倒浸出和罐浸）的限制。

高溫浸出是最常用的浸出技術(shù)之一，這種技術(shù)的易操作性及設(shè)備便宜是工業(yè)生產(chǎn)的重要優(yōu)勢。浸出溫度可在20～100℃范圍內(nèi)，在花費(fèi)成本較低的情況，極大地提高了浸出速度和速率。高溫浸出工藝最主要的阻礙因素是酸的消耗和污染，由于提純過程中雜質(zhì)的溶解，酸性物質(zhì)不可避免地會(huì)大量消耗。

高溫、高壓浸出比單純的高溫浸出有更好的提純效果，而且可以大幅度提高提純的速度。但是這一過程會(huì)使設(shè)備處于積累氟化物的環(huán)境中，會(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，縮短設(shè)備的使用壽命。催化高溫、高壓浸出的主要優(yōu)點(diǎn)是不使用氟化物，組分簡單、消耗低、浸出劑可重復(fù)利用，對環(huán)境十分友好且有著非常好的提純效果。

來源：龐慶樂,沈建興,程傳兵,等.高純石英的加工技術(shù)及應(yīng)用[J].江蘇陶瓷,2020,53(04):43-47.