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        【原創(chuàng)】孫紅娟教授:高純石英原料評價、提純技術(shù)


        來源:中國粉體網(wǎng)   初心

        [導(dǎo)讀]  純度極高、雜質(zhì)元素含量極低的石英及其產(chǎn)品,是半導(dǎo)體、光伏、光纖、精密光學(xué)、照明設(shè)備、新型玻璃等產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要功能材料。

        中國粉體網(wǎng)訊  純度極高、雜質(zhì)元素含量極低的石英及其產(chǎn)品,是半導(dǎo)體、光伏、光纖、精密光學(xué)、照明設(shè)備、新型玻璃等產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要功能材料。

         

        一、高純石英原料理想源巖

         

        巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖以及熱液脈體中都可能含有石英,不同地質(zhì)成因巖石中石英的量和質(zhì)不盡相同,提純工藝和難度千差萬別,工業(yè)用途也大相徑庭。研究和查明哪些巖類中的石英可以作為高純石英的原料,不僅有益于找礦勘察,也對后續(xù)的礦物提純加工大有幫助。

         

        中酸性巖漿巖如花崗巖、閃長巖、流紋巖等是主要的富石英巖石,含有大量的石英。但是由于其他造巖礦物如長石、角閃石、云母等常與石英嵌布在一起,并不是很好的石英源巖。在實際生產(chǎn)中,常常選擇白崗巖、偉晶巖和熱液脈體作為提取石英原料的源巖,因為它們主要由石英組成,雜質(zhì)礦物相對較少,便于分離和提純。

         

        變質(zhì)巖中包含眾多含石英巖類,如糜棱巖、角閃巖、片麻巖、麻粒巖等。不過,這些巖石的中石英晶體的粒度大多是細粒的,并與其他造巖礦物緊密嵌布,并不是理想的石英原料。對于變質(zhì)巖,常選擇全巖 SiO2含量較高,幾乎由石英組成的巖石,如變質(zhì)石英巖、部分的硅質(zhì)板巖以及經(jīng)變質(zhì)作用分異的石英脈等。這些巖石或是經(jīng)歷了變質(zhì)作用的改造,使部分原有的雜質(zhì)元素遷移,從而提高了石英的純度(如變質(zhì)石英巖和硅質(zhì)板巖);或是由雜質(zhì)元素少的變質(zhì)流體結(jié)晶形成(如變質(zhì)脈體)。

         

        沉積巖是工業(yè)上二氧化硅原材料的主要供給巖石。在沉積巖中,相對較純的含石英巖石包括沉積成因的石英砂和石英巖。沉積成因的石英砂通常形成于外動力地質(zhì)作用強烈的環(huán)境,如風(fēng)化強烈區(qū)域和海灘淘洗強烈地區(qū);沉積成因的石英巖的化學(xué)純度高,隱晶質(zhì)和/或無定形的二氧化硅膠結(jié)物含量有所提升。

         

        除了上述提到的以石英為主要礦物組成的高純石英原料巖石外,仍需對其他含石英巖石及其石英進行研究,綜合評價其能否成為生產(chǎn)高純石英的原料。這將有益于高純石英原料的可持續(xù)供給。

         

        二、雜質(zhì)對高純石英提純的影響

         

        石英理論化學(xué)組成是SiO2,但是在自然界不存在純SiO2石英。石英或多或少都包含一些雜質(zhì)元素(如 Al、Ti、K、Na、Ge 等),其種類和含量與晶出石英時的熔/流體和外界環(huán)境與結(jié)晶后受到的改造有關(guān)。石英晶體中雜質(zhì)含量及賦存狀態(tài),是決定石英晶體能否成為高純石英的重要制約因素。結(jié)合工藝指標和商業(yè)價值綜合評價高純石英成礦潛力時,要綜合考查石英礦物的嵌布特征、共存的脈石礦物和種類等。詳細查明雜質(zhì)元素在石英晶體內(nèi)部的賦存狀態(tài)、數(shù)量和分布特征,對于后續(xù)的礦物提純加工和探討其工業(yè)用途至關(guān)重要。

         

        在提純技術(shù)方面,在整個工藝流程中,經(jīng)過焙燒水淬、磁選、酸浸工序,石英中雜質(zhì)元素Fe、Cr、Ni、Na、K、Ca、Mg、Cu等可以大幅度降低。但Al在經(jīng)歷一系列提純工序之后,去除效果有限,這主要是因為Al3+進入晶格替代Si4+、而且離子半徑也比較接近,不易提純。類似的還有Ti4+、B3+、P3+等雜質(zhì)元素?梢,天然石英內(nèi)部的雜質(zhì),特別是以類質(zhì)同像狀態(tài)存在的雜質(zhì),直接制約著高純石英產(chǎn)品生產(chǎn),當(dāng)原礦Al、Ti、Li、B、P等雜質(zhì)元素含量較高,就不易獲得高純石英。

         

        高純石英作為一種重要的資源和工業(yè)生產(chǎn)原料,由于國內(nèi)對石英的基礎(chǔ)礦物學(xué)和地球化學(xué)研究、高純石英原料研究相對較少,以及石英原料的提純加工工藝也亟待改進,使得大量的較純、高純石英依靠進口。為了更好地利用和開發(fā)石英資源,一方面,從理科的角度,加強對石英礦物學(xué)的基礎(chǔ)研究,查明不同含石英巖石中石英的特征、提純加工成高純石英的潛力,完善高純石英原料的綜合評價機制,探討何種內(nèi)動力和外動力地質(zhì)作用有益于石英的“純凈”,將成為后續(xù)的加工提純出高純石英的基石。另一方面,從工科的角度,改進從石英原料加工提純出高純石英的工藝流程,優(yōu)化提純方案,研究石英提純的新技術(shù)路線,將有利于高純石英的可持續(xù)供給,滿足高新技術(shù)領(lǐng)域日益增長的需求。理論研究與實際加工生產(chǎn)相結(jié)合,才能使石英原料煥發(fā)出全新的活力。

         

        2021年11月18-19日,由中國粉體網(wǎng)主辦的“2021(第五屆)全國石英大會暨展覽會”將于江西贛州錦江國際酒店舉辦,屆時將邀請來自西南科技大學(xué)孫紅娟教授《高純石英原料評價、提純技術(shù)》報告。孫紅娟教授將從高純石英原料評價與選擇、高純石英制備技術(shù)以及原料判別及提純工藝舉例等方面進行闡述,并從高純石英中雜質(zhì)元素賦存狀態(tài)的角度對高純石英原料進行綜合評價。



        專家簡介

         

        孫紅娟,西南科技大學(xué)礦物加工系教授,中國地質(zhì)學(xué)會礦物學(xué)專業(yè)委員會委員,中國礦物復(fù)合材料專業(yè)委員會委員,中國硅酸鹽學(xué)會非金屬礦分會理事,四川省納米協(xié)會副理事長。四川省非金屬礦粉體改性與高質(zhì)化利用技術(shù)工程實驗室主任。

         

        主要從事固體廢物資源化、礦物晶體化學(xué)、納米礦物材料學(xué)與理論及應(yīng)用基礎(chǔ)研究。先后主持或主研國家自然科學(xué)基金6項、國家重點專項2項、省部級項目6項,國家及部級重點實驗室開放基金3項;企業(yè)合作項目25項。獲四川省科技進步三等獎2項;授權(quán)發(fā)明專利14項;在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文200余篇, SCI、EI檢索80余篇;出版《石墨氧化-還原法制備石墨烯材料》(第1著者,已四次印刷)專著1部。

         

        在典型工業(yè)固廢(石棉尾礦、粉煤灰、高爐渣、磷石膏和固硫灰渣等)資源化評價與開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)研究、石墨烯制備及應(yīng)用、蒙脫石礦物學(xué)及應(yīng)用研究等方面取得了創(chuàng)新性及高水平的理論研究成果。

         

        參考資料:楊曉勇,等. 高純石英的研究進展及發(fā)展趨勢


        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/初心)


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