高纯度石英砂的工艺流程是什么样的

高纯度石英砂的工艺流程是什么样的

高纯度石英砂（通常指SiO₂含量 ≥ 99.99% 的产品）的制备是一个复杂的系统工程，它通过一系列物理和化学方法深度去除石英矿物中的各类杂质。

以下是每个阶段的详细说明：

 1. 选前准备

此阶段目的是使石英矿物与杂质单体充分解离，并控制初始粒度。

煅烧-水淬：矿石经粗碎后，在850°C至980°C的焙烧炉中煅烧。高温使石英发生晶型转变，与共生杂质因膨胀系数不同产生内部裂纹。随后将灼热的矿石投入冷水（水淬），温度急剧变化导致内部应力释放，使矿石在裂纹处爆裂，从而暴露被包裹的杂质。

破碎与磨矿：水淬后的石料使用颚式破碎机、圆锥破碎机或制砂机等进行多级机械破碎和研磨，将矿石破碎到更小的粒度（例如0.1-0.45mm 或更细），为进一步分离杂质做准备。

分级：利用振动筛或水力旋流器等设备对破碎后的物料进行分级，确保得到粒度符合要求的物料，不合格的颗粒返回继续破碎。

 2. 预先选别

此阶段主要去除原矿中易泥化的杂质和表面的松散污染物。

水洗与脱泥：通过水流冲洗和脱泥作业，有效脱除矿浆中的黏土矿物和细粒污泥，这些泥质杂质会干扰后续的分选效果。

擦洗：在高浓度、高强度的擦洗机中，通过颗粒间的相互摩擦剥蚀，进一步去除石英表面的薄膜铁、粘结物等杂质。

 3. 矿物分选

此阶段根据石英与伴生矿物物理、化学性质的差异进行分离，是提纯的核心。

磁选：利用矿物磁性差异，采用多段弱磁-强磁选（磁场强度最高可达15,000高斯）去除赤铁矿、褐铁矿、云母、石榴石等磁性差异杂质。它能有效降低铁、铝、钾、钠等杂质含量。

浮选：这是去除长石、云母等与石英表面物理化学性质相近杂质的关键工艺。通过加入特定浮选药剂，改变不同矿物的可浮性，从而实现分离。

重选：利用密度差异，通过螺旋流槽等设备去除密度较轻的杂质（如云母），通常作为辅助的粗选手段。

 4. 深度提纯

经过前述阶段，石英砂纯度已达较高水平，此阶段旨在去除最难处理的包裹体和晶格内杂质。

酸浸：将石英砂投入配有HCl、HF、H₂SO₄等混合酸的酸缸中，在加热条件下（30-100°C）长时间浸泡（数小时至数天）。酸液能溶解绝大部分金属氧化物和部分硅酸盐杂质，是获得高纯度的关键化学手段。

特殊焙烧：

氯化焙烧：在高温（如800-1600°C）下通入Cl₂、HCl等氯化剂，使其与石英晶格中的金属杂质元素（如铝、铁、钛）反应生成气态氯化物并挥发除去，能有效降低这些顽固杂质的含量。

真空脱羟与热氯除杂：更先进的组合工艺。先在高温真空（如1000-1300°C） 条件下破坏气液包裹体并去除结构羟基（OH-），随后在高温下通入氯气进行深度除杂，最后用超纯水清洗。此法可生产纯度高达4N5-4N8（99.995%-99.999%+） 且不含羟基的气液包裹体的超高纯石英砂。

 5. 后处理与包装

对所有深度提纯后的石英砂进行最终处理，确保产品稳定和洁净。

超纯水清洗：使用电阻率高达18.2 MΩ·cm的超纯水反复清洗，彻底去除酸浸或焙烧后石英表面残留的任何酸根和离子杂质，直至出水呈中性。

脱水与干燥：经离心脱水后，物料在200-700°C下被充分干燥，使其水分含量降至0.1% 以下，防止后续储存和应用问题。

精密包装：最终的高纯石英砂通常在净化车间内进行真空包装，以防止受到环境污染和吸附水分。

高纯石英砂的主要技术指标

高纯石英砂的工艺流程漫长而复杂，且具体参数和顺序常因原矿特性和目标纯度而异。正是通过这些环环相扣的精密处理，天然石英石才能蜕变为支撑众多高科技产业的关键基础材料。