中國粉體網(wǎng)訊  石英又稱硅石，是一種常見的非金屬礦物原料，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，經(jīng)過選礦提純可以制成高純石英。高純石英是生產(chǎn)石英玻璃、光纖、太陽能電池、集成電路基板等高性能材料的主要原料。

高純石英一般選用天然石英為原料，但是水晶原料緊缺，價(jià)格昂貴，儲量逐漸枯竭。因此，積極探求和推動石英選礦提純技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)高純石英的低成本、大批量工業(yè)化生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

石英的選礦提純

石英選礦提純是除去石英中少量或微量雜質(zhì)，來制得高純石英的技術(shù)；這是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，涉及到無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、晶體學(xué)和擴(kuò)散動力學(xué)等。目前國內(nèi)外石英提純工藝主要有以下幾項(xiàng)：

1、水洗、分級脫泥

水洗和分級脫泥是一種礦石入選前的預(yù)處理方法，相關(guān)研究表明，石英砂粒度越小，雜質(zhì)含量越高，這主要是由于顆粒表面的泥土所致。采用螺旋洗礦機(jī) 、滾筒篩、水力旋流器 、脫泥斗和水力分級機(jī)等可以有效的分離泥土和石英，另外，采用高壓水流或高壓風(fēng)力對石英塊處理增強(qiáng)脫泥效果。

2、擦洗

水洗對于石英砂表面的薄膜鐵和粘連性雜質(zhì)礦物的脫除效果不顯著，這時(shí)要借助機(jī)械力和砂粒間的磨剝力來對石英砂進(jìn)行進(jìn)一步的提純。擦洗時(shí)間原則上以初步達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求為基準(zhǔn)，盡量避免設(shè)備磨損以及能耗的增加造成成本的增加。另外，加藥擦洗可提高分離效果，主要是由于增大了雜質(zhì)與石英顆粒表面的電斥力。

3、磁選

磁選可以最大限度的清除包括赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等在內(nèi)的弱磁性雜質(zhì)，礦物。另外，石英砂粒度越細(xì)，除鐵效果越好，其原因是細(xì)粒石英砂中含鐵雜質(zhì)礦物量高的緣故。

4、浮選

當(dāng)石英砂原砂中含雜質(zhì)礦物較多時(shí)，僅采用擦洗、脫泥和磁選是不能將石英砂提純成高純砂的，為了進(jìn)一步提高石英的純度和降除雜質(zhì)，還要對石英砂進(jìn)行浮選—酸浸。采用酸性條件下陰離子捕收劑，或在堿性條件下陰-陽離子捕收劑兩種方法浮選，可獲得很好的效果。對于石英，捕收劑在其表面的靜電吸附還會隨著調(diào)漿的進(jìn)行，吸附量逐漸下降，從而使長石優(yōu)先于石英浮出。

5、酸浸

酸浸是利用石英不溶于酸（HF除外），其他雜質(zhì)礦物能被酸液溶解的特點(diǎn)，從而可以實(shí)現(xiàn)對石英的進(jìn)一步提純。一般認(rèn)為各種稀酸對Fe和Al的去除均有顯著效果，而對Ti和Cr的去除效果則采用較濃的硫酸、王水或HF進(jìn)行酸浸處理。除酸的濃度外，酸的用量、酸浸時(shí)間、溫度及礦攪拌均可以影響石英酸浸效果。

6、高溫焙燒摻雜提純法

利用無機(jī)鹽高溫熔化或高溫加熱時(shí)強(qiáng)的反應(yīng)活性與石英中雜質(zhì)反應(yīng)生成易溶于水或酸的物質(zhì)。如NaCl高溫下與Fe2O3反應(yīng)生成FeCl3，與TiO2反應(yīng)生成TiCl4。常用的無機(jī)鹽有硫酸氫鉀熔鹽，氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硝酸鈉、氯化銨等。

7、微生物浸出

采用黑曲霉素、青霉、假單胞菌、多粘菌素、桿菌等微生物來浸除石英砂顆粒表面的薄膜鐵，其中以黑曲霉素浸除鐵效果最佳，目前微生物除鐵處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

8、色選

根據(jù)物料光學(xué)特性的差異，利用光電探測技術(shù)將顆粒物質(zhì)分選。色選用于石英砂行業(yè)利于將雜色礦物分選出來，或在選礦前期將石英塊按顏色差異進(jìn)行分選。

石英的表面改性

除對石英進(jìn)行選礦提純外，要實(shí)現(xiàn)石英的廣泛應(yīng)用，表面改性這一步也是必不可少的。通常表面改性的目的有以下幾點(diǎn)：

一是改變石英砂粉體表面的親油性、浸潤性、吸油率、黏度等；

二是改善石英砂粉體作為填料與有機(jī)聚合物的相容性、親和性、分散性和流動性等；

三是提高石英砂粉體填料與有機(jī)聚合物相界面之間的結(jié)合力，提高復(fù)合材料的性能。

表面改性的方法主要有表面涂敷改性以及表面化學(xué)改性兩種。

1、表面涂敷改性

首先對石英砂粉體進(jìn)行必要的擦洗和干燥，然后利用樹脂或高聚物等對石英砂粉體表面進(jìn)行“覆膜”，表面涂敷改性通常分為冷法涂覆和熱法涂覆兩種。熱法相比冷法來說，效果更好，適用于大量生產(chǎn)，但需專門的混砂設(shè)備。

樹脂冷法涂敷石英砂工藝

樹脂熱法涂敷石英砂工藝

影響石英砂涂敷改性效果的主要因素有石英砂顆粒的形狀、比表面積、孔隙率、涂敷聚合物的種類及用量、涂敷工藝方法等。

2、石英砂粉體表面化學(xué)改性

石英砂粉體表面化學(xué)改性主要有干法改性、濕法改性以及化學(xué)包覆改性三種。

干法表面化學(xué)改性是加入少量稀釋液與硅烷配成處理劑，在高速攪拌、分散和一定溫度條件下，將處理劑以噴霧狀加入石英粉中，經(jīng)攪拌處理一定時(shí)間后出料。

濕法表面化學(xué)改性是利用配置好的表面改性劑和助劑混合配成的處理液，在攪拌分散和一定溫度條件對石英砂粉體進(jìn)行表面改性，之后進(jìn)行脫水、干燥。

機(jī)械粉磨與化學(xué)包覆改性是指在機(jī)械力作用或細(xì)磨、超細(xì)磨過程中添加改性劑，隨著石英砂粉體粒度減小的同時(shí)，對其顆粒進(jìn)行表面改性。

綜合比較，干法工藝具有流程簡單、成本低和改性劑適用性好等特點(diǎn)，濕法工藝具有改性劑分散好、粉體表面包覆均勻等特點(diǎn)，不過濕法需脫去水分（過濾和干燥）。機(jī)械粉磨與化學(xué)包覆復(fù)合改性工藝的特點(diǎn)是工藝較簡單，可提高粉碎效率，但是其溫度難控制，改性劑包覆難以均勻。　　

結(jié)語：

積極探求和推動石英選礦提純技術(shù)以及表面改性技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)高純石英的低成本、大批量工業(yè)化生產(chǎn)具有重要的應(yīng)用意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為滿足高科技用硅的需求，中國粉體網(wǎng)定于2017年12月12-13日在石英砂產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)安徽省鳳陽國際大酒店舉辦“2017石英砂精細(xì)加工及應(yīng)用技術(shù)交流會”。屆時(shí)，來自東華理工大學(xué)余志偉教授將作《石英提純與表面改性技術(shù)》的報(bào)告，相約鳳陽，您必有所得！

關(guān)于余志偉教授

職稱職務(wù)：東華理工大學(xué)教授

學(xué)科專業(yè)：無機(jī)非金屬材料

研究方向：礦物材料加工，礦物功能材料，新技術(shù)材料

余志偉教授研究方向重點(diǎn)是對非金屬礦進(jìn)行深加工技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用研究，對石英、膨潤土、高嶺土、方解石、硅灰石、石墨等非金屬礦進(jìn)行了系統(tǒng)的深加工技術(shù)研究和應(yīng)用研究，并取得一系列研究成果。

近年來，一直從事礦物材料超細(xì)、提純、改性和合成等加工技術(shù)研究，重點(diǎn)開展超微細(xì)（顆粒狀、片狀、纖維狀）功能粉體材料、納米粘土、納米抗菌材料、農(nóng)用稀土轉(zhuǎn)光材料、淺色導(dǎo)電材料、復(fù)合鈦白顏料、高純石英、高純石墨和釩的提取等技術(shù)方面的研究。