第一節(jié) 產(chǎn)品定義、性能及應(yīng)用特點(diǎn)

1、產(chǎn)品定義及性能

石英石是一種堅(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，石英石的顏色為乳白色或無(wú)色半透明狀，硬度7，性脆無(wú)解理，貝殼狀斷口，油脂光澤，相對(duì)密度為2.65，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℃。

石英石所具有的獨(dú)特的物理、化學(xué)特性，使得其在航空、航天、電子、機(jī)械以及當(dāng)今飛速發(fā)展的IT產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位，特別是其內(nèi)在分子鏈結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格變化規(guī)律，使其具有的耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、耐腐蝕、壓電效應(yīng)、諧振效應(yīng)以及其獨(dú)特的光學(xué)特性，在許多高科技產(chǎn)品中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

2、用途

1）玻璃：平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品（玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等）、光學(xué)玻璃、玻璃纖維、玻璃儀器、導(dǎo)電玻璃、玻璃布及防射線特種玻璃等的主要原料；

2）陶瓷及耐火材料：瓷器的胚料和釉料，窯爐用高硅磚、普通硅磚以及碳化硅等的原料。冶金：硅金屬、硅鐵合金和硅鋁合金等的原料或添加劑、熔劑；

3）建筑：混凝土、膠凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能檢驗(yàn)材料（即水泥標(biāo)準(zhǔn)砂）等；

4）化工：硅化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物，無(wú)定形二氧化硅微粉；

5）機(jī)械：鑄造型砂的主要原料，研磨材料（噴砂、硬研磨紙、砂紙、砂布等）；

6）電子：高純度金屬硅、通訊用光纖等；

7）橡膠、塑料：填料（可提高耐磨性）；

8）涂料：填料（可提高涂料的耐候性）。

石英石可制造玻璃，耐火材料，冶煉硅鐵，冶金熔劑，陶瓷，研磨材料，鑄造，石英石在建筑中利用其有很強(qiáng)的抗酸性介質(zhì)浸蝕能力，用來(lái)制取耐酸混凝土及耐酸砂漿。二氧化硅作為硅原料的核心原料在硅原料的生產(chǎn)與供應(yīng)中起著不可替代的重要基礎(chǔ)作用。它所具有的獨(dú)特的物理、化學(xué)光學(xué)特性，使得其在許多高科技產(chǎn)品中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，如，IT 行業(yè) 的核心技術(shù)產(chǎn)品--計(jì)算機(jī)芯片，光導(dǎo)纖維，電子產(chǎn)業(yè)的諧振器，新型電光源，高絕緣的封接材料，航空航天儀器，軍工技術(shù)產(chǎn)品，特種光學(xué)玻璃，化學(xué) 分析 儀器等等，都離不開(kāi)這些基礎(chǔ)原料。

結(jié)晶和形狀美麗的石英石可作眼鏡及貴重的工藝品，利用石英晶體的壓電性，可制作無(wú)電線工業(yè)中的頻率穩(wěn)定器，石英濾波器。可制作各種透鏡、反射器、光譜管、導(dǎo)光管和光學(xué)儀器中的棱鏡、偏光鏡等。目前已廣泛應(yīng)用水熱溫差法制作人造石英晶體用于制造壓電元件。在化學(xué)工業(yè)中，石英可用于耐酸耐溫儀器和器皿；在電器工業(yè)上，常采用石英作優(yōu)良的絕緣材料；石英石也是玻璃、搪瓷和耐火磚制造工業(yè)中的優(yōu)良原料；熔煉石英的杰出性能也使其廣泛地應(yīng)用于冶金、食品、制藥及造紙工業(yè)中。出口的石英石(砂)大都用于冶金及耐火材料工業(yè)中。

第二節(jié) 發(fā)展歷程

隨著人類對(duì)石英礦的開(kāi)采和應(yīng)用，石英在玻璃、陶瓷、耐火材料、冶金、建筑 行業(yè) 的應(yīng)用逐漸發(fā)展起來(lái)。

石英的出現(xiàn)給玻璃 行業(yè) 生產(chǎn)帶來(lái)了便利性，同時(shí)高純度的石英以一定比例添加到玻璃生產(chǎn)中，其生產(chǎn)的玻璃色澤、硬度等方面都有了很大的改善，隨后人們將石英運(yùn)用到陶瓷、耐火材料的生產(chǎn)當(dāng)中，其應(yīng)用性能及應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大起來(lái)。直到近些年石英粉應(yīng)用到電子 行業(yè) 的生產(chǎn)當(dāng)中，使得電子 行業(yè) 取得了顯著的發(fā)展。例如用于LED封裝的石英粉，其采用的電子級(jí)超微細(xì)高純石英粉，是大規(guī)模集成電路基板和電子封裝材料的主要原料，電子基板材料（電子陶瓷）添加超微細(xì)超純石英粉后可降低燒結(jié)溫度，并能起到二相和復(fù)相增韌、致密，提高強(qiáng)度的作用。

目前石英以其優(yōu)良的物理性能、極高的化學(xué)穩(wěn)定性、和獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),決定了其在航空、航天、電子信息、電力和機(jī)械領(lǐng)域的特殊地位。石英已經(jīng)成為許多高科技領(lǐng)域最基礎(chǔ)、最重要、最關(guān)鍵的原料。

第三節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

石英石（石英砂）又稱硅砂，是一種常見(jiàn)的非金屬礦物原料，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛我國(guó)的石英砂選礦提純及深加工開(kāi)發(fā)利用得比較晚，并且主要用于建筑工業(yè)、玻璃制造、陶瓷工業(yè)和鑄造工業(yè)，這些領(lǐng)域的一個(gè)共同點(diǎn)就是石英砂需求量大、原料質(zhì)量要求低。對(duì)于我國(guó)一些產(chǎn)地的優(yōu)質(zhì)石英砂而言，基本上不經(jīng)過(guò)選礦提純或略經(jīng)提純，即可滿足工業(yè)用砂需求。

目前，國(guó)外以美國(guó)的石英砂選礦提純技術(shù)最為先進(jìn)，特點(diǎn)是工業(yè)化產(chǎn)量大、裝備專業(yè)化和生產(chǎn)自動(dòng)化程度高．其產(chǎn)品已發(fā)展到第六代(雜質(zhì)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于8x10-6，透明度為光學(xué)級(jí))。經(jīng)過(guò)選礦提純制成的高純和超高純石英砂已廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能技術(shù)、激光、光纜通訊、軍工等高科技領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高科技用硅的需求量也將大量增加，而天然水晶資源的日趨枯竭使得人們不得不將目光轉(zhuǎn)向天然水晶的替代品——高純和超高純石英砂上。因此，積極探求和推動(dòng)石英砂選礦提純技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)精制石英砂、高純和超高純石英砂的低成本、大批量工業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)彌補(bǔ)天然水晶資源的不足，滿足高科技用硅需求具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

石英砂提純是除去石英砂中少量或微量雜質(zhì)，獲得精制石英砂或高純石英砂(如電子級(jí)產(chǎn)品)的高難度分離技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)石英砂提純工藝 研究 主要圍繞著以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

1、水洗、分級(jí)脫泥

石英砂中的SiO2的品位隨著石英砂粒度的變細(xì)而降低．鐵質(zhì)和鋁質(zhì)等雜質(zhì)礦物的品位則正好相反，這種現(xiàn)象在含有大量粘土性礦物石英砂中尤為明顯。所以在人選前對(duì)石英砂原礦進(jìn)行水選、分級(jí)脫泥是非常必要的，而且效果也是較為明顯的。如江蘇宿遷馬陵山礦石英砂原礦化學(xué)組成為：SiO278.39％、Fe2O31.68％、A12O3l1.28％；其粒度組成中-0.1mm粒級(jí)含量為27.65％。在對(duì)原礦進(jìn)行預(yù)選水洗、分級(jí)脫泥后，SiO2的品位上升到86.36％，F(xiàn)e2O3降低至0.49％，A12O3降低至6.79％，除雜提純效果較為顯著。水洗、分級(jí)脫泥作為一種礦石入選前的預(yù)處理方法，應(yīng)用得較早也很普遍，但對(duì)于存在于石英砂表面的薄膜鐵和粘連性雜質(zhì)礦物，其脫除效果尚不甚顯著。

2、擦洗

擦洗是借助機(jī)械力和砂粒間的磨剝力來(lái)除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結(jié)及泥性雜質(zhì)礦物和進(jìn)一步擦碎未成單體的礦物集合體，再經(jīng)分級(jí)作業(yè)達(dá)到石英砂進(jìn)一步提純的效果。目前，主要有棒磨擦洗和機(jī)械擦洗二種方法。對(duì)于機(jī)械擦洗，一般認(rèn)為影響擦洗效果的因素主要是來(lái)自擦洗機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和配置形式，其次為工藝因素，包括擦洗時(shí)間和擦洗濃度。 研究 表明，砂礦擦洗濃度在50％—60％之間效果最好，濃度過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)降低雜質(zhì)礦物的擦除效果，而且在一定程度上反而加大了石英砂的提純難度；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)，不宜過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)闀r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)加大設(shè)備磨損，提高能耗和造成選礦提純成本的增加。由于對(duì)于某些石英砂礦，機(jī)械擦洗擦除效果不太理想，因此，在我國(guó)棒磨擦洗工藝應(yīng)用得較為普遍和相對(duì)成熟。如對(duì)某地石英砂原礦經(jīng)水洗、分級(jí)脫泥后，+0.3mm以上的石英砂進(jìn)行棒磨擦洗。結(jié)果表明，經(jīng)磨礦擦洗后，F(xiàn)e2O3從0.19％降低到0.10％，鐵的去除率達(dá)47.4％。在對(duì)云南某地石英砂礦采用加藥高效強(qiáng)力擦洗，配合適當(dāng)?shù)墓に嚭驮O(shè)備，結(jié)果發(fā)現(xiàn)比采用棒磨擦洗效果好，棒磨擦洗回收率為49％，而加藥高效強(qiáng)力擦洗回收率為73％。加藥的目的是增大雜質(zhì)礦物和石英顆粒表面的電斥力，增強(qiáng)雜質(zhì)礦物與石英顆粒相互間的分離效果。

3、磁選

磁選工藝的采用，可以最大限度地清除包括連生體顆粒在內(nèi)的赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質(zhì)礦物。強(qiáng)磁選通常采用濕式強(qiáng)磁磁選機(jī)或高梯度磁選機(jī)。一般而言，對(duì)含雜以褐鐵礦、赤鐵礦、黑云母等弱磁性雜質(zhì)礦物為主的石英砂，利用濕式強(qiáng)磁機(jī)在10000奧斯特以上可以選出；對(duì)含雜以磁鐵礦為主的強(qiáng)磁性礦物，則采用弱磁機(jī)或中磁機(jī)進(jìn)行選別效果比較好。

4、浮選

浮選方法的采用是為了除去石英砂中的長(zhǎng)石、云母等非磁性伴生雜質(zhì)礦物。石英與長(zhǎng)石的分離在國(guó)內(nèi)外 研究 得都比較深入，在常規(guī)工藝中是采用陽(yáng)離子捕收劑和氫氟酸活化劑在酸性pH范圍內(nèi)進(jìn)行的?？紤]到含氟廢水對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重影響，國(guó)外于70年代出現(xiàn)了“無(wú)氟有酸浮洗法”，如日本在實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)石與石英的分離中，采用硫酸或鹽酸(pH=2)調(diào)漿，加高級(jí)脂肪族胺鹽和石油磺酸鈉混合捕收劑浮選獲得成功。無(wú)氟無(wú)酸浮選法是近年來(lái)大力開(kāi)發(fā)的石英長(zhǎng)石浮選分離新工藝。云母與石英的等電點(diǎn)相近，分選難度大，采用酸性條件下陰離子捕收劑，或在堿性條件下陰一陽(yáng)離子捕收劑兩種方法浮選，可取得很好的效果。一般而言，經(jīng)過(guò)擦洗、脫泥、磁選和浮選后，石英砂的純度可達(dá)到99.3％—99.9％，基本上滿足工業(yè)用砂的需求。

5、酸浸

酸浸是利用石英不溶于酸(HF除外)，其它雜質(zhì)礦物能被酸液溶解的特點(diǎn)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石英的進(jìn)一步提純。酸浸常用酸類有硫酸、鹽酸、硝酸和氫氟酸等；還原劑有亞硫酸及其鹽類等。 研究 發(fā)現(xiàn)，上述酸類對(duì)石英中的非金屬雜質(zhì)礦物均有良好的去除效果，但對(duì)不同的金屬雜質(zhì)，酸的種類及其濃度影響較為顯著。一般認(rèn)為各種稀酸對(duì)Fe和Al的去除均有顯著效果，而對(duì)Ti和Cr的去除則采用較濃的H2SO4、王水或HF酸進(jìn)行酸浸處理。通常使用上述酸類組成的混合酸進(jìn)行雜質(zhì)礦物的酸浸脫除，考慮到HF酸對(duì)石英的溶解作用，故HF酸濃度一般不超過(guò)10％。除酸的濃度外，酸的用量、酸浸時(shí)間、溫度及礦漿攪拌均可以影響石英酸浸效果。酸浸各種因素的控制應(yīng)根據(jù)石英最終品位要求，盡量降低酸的濃度、溫度和用量，減少酸浸時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)在較低的選礦成本下進(jìn)行石英提純。在一些歐美國(guó)家由于對(duì)石英中鐵的要求比較嚴(yán)格，故比較系統(tǒng)地 研究 了石英酸浸提純處理，并建立了酸浸的石英選礦提純廠。經(jīng)過(guò)酸浸處理后的石英砂，可獲得純度達(dá)99.99％的高純和超高純石英砂。

6、微生物浸出

用微生物浸除石英砂顆粒表面的薄膜鐵或浸染鐵是新近發(fā)展起來(lái)的一種除鐵技術(shù)。據(jù)國(guó)外 研究 結(jié)果表明，用黑曲霉素、青霉、假單胞菌、多粘菌素桿菌等微生物對(duì)石英表面薄膜鐵進(jìn)行浸除時(shí)，均取得了較好的效果，其中以黑曲霉素菌浸除鐵效果最佳，F(xiàn)e2O3的去除率多在75％以上，精礦Fe2O3的品位低達(dá)0.007％。并且，發(fā)現(xiàn)用大多數(shù)細(xì)菌和霉菌預(yù)先栽培好的培養(yǎng)液浸出鐵的效果更好，就象其它菌種一樣是由于它們的可溶性代謝物的作用。目前微生物除鐵處于實(shí)驗(yàn)室 研究 階段，規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)尚需作進(jìn)一步的試驗(yàn) 研究 。

7、其它提純方法

由于不同石英砂制品對(duì)雜質(zhì)礦物含量的不同要求，有時(shí)也采用一些其它的提純方法作進(jìn)一步提純。如電選利用石英與雜質(zhì)礦物在電性上微小差別，可選出微量金屬雜質(zhì)礦物；熱氯化方法可除去石英中的氣、液相雜質(zhì)和雜質(zhì)礦物、金屬包裹體對(duì)工藝過(guò)程中的表面樗染，達(dá)到對(duì)石英砂進(jìn)一步提純的目的。

第四節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

石英砂選礦提純工藝流程很多，一般視石英砂中雜質(zhì)的種類、含量、賦存狀態(tài)以及產(chǎn)品質(zhì)量要求等確定常見(jiàn)的石英砂選礦提純工藝流程如下：

1、擦洗—分級(jí)、脫泥

石英砂在風(fēng)化沉積成礦過(guò)程中，大量粘土性礦物和鐵質(zhì)在石英表面形成膠結(jié)物或粘連礦物。采用擦洗——分級(jí)、脫泥工藝去除粘土雜質(zhì)礦物、泥質(zhì)鐵及部分薄膜鐵則是這類石英砂提純常用的工藝流程。如四川江津石英砂巖礦采用該工藝降除-0.1mm細(xì)泥和鐵質(zhì)，使得SiO2從85.40％提高到97.40％，F(xiàn)e2O3由原來(lái)的0.63％降至0.165％。該工藝一般作為原砂入選前的預(yù)處理工藝，對(duì)泥質(zhì)性雜質(zhì)礦物進(jìn)行有效脫除。

2、擦洗—脫泥—磁選

一般而言，石英砂常見(jiàn)雜質(zhì)礦物，如褐鐵礦、電氣石、赤鐵礦和黑云母等弱磁性礦及磁鐵礦等強(qiáng)磁性礦只有采用磁選工藝才可降除。實(shí)際生產(chǎn)中，多采用濕式強(qiáng)磁機(jī)進(jìn)行選別，磁場(chǎng)強(qiáng)度約在13000奧斯特左右。某地湖相沉積硅砂在經(jīng)擦洗脫泥后，砂中含F(xiàn)e2O3為0.36％，利用SHP-500型濕式強(qiáng)磁機(jī)對(duì)上述擦洗脫泥砂進(jìn)行提純，可以獲得Fe2O3含量為0.1％以下的磁選精砂。

3、棒磨擦洗—脫泥—磁選—浮選

棒磨擦洗工藝的采用，一方面強(qiáng)化了擦洗效果，另一方面由于適量鋼棒的存在．可以改變?cè)暗牧６冉M成，為石英砂進(jìn)一步的分選提供了礦物學(xué)基礎(chǔ)。浮選是為了降除長(zhǎng)石，國(guó)外多采用加氫氟酸浮選。如英國(guó)不列顛工業(yè)硅砂公司的選礦廠，采用棒磨擦洗—脫泥—磁選—浮選工藝，最終獲得SiO299.5％，F(xiàn)e2O30.007％，Al2O30.1％的優(yōu)質(zhì)石英砂。

4、棒磨擦洗—脫泥—磁選—浮選—酸浸

石英砂原礦在經(jīng)擦洗、磁選和浮選分離后，賦存較多的雜質(zhì)礦物顆粒(包括單體、集合體)已基本上被清除干凈，SiO2純度一般可以達(dá)到99.5～99.9％，基本上可以滿足石英砂的大多數(shù)工業(yè)用途。但要進(jìn)一步作為超高純石英砂，就必須對(duì)以斑點(diǎn)和包裹體形式連生在石英顆料表面上的雜質(zhì)作酸浸處理，根據(jù)其不同的工業(yè)用途對(duì)石英砂不同雜質(zhì)礦物(Fe、A1、Ti、Cr)的要求，進(jìn)行不同濃度、配比的混合酸酸浸處理。如蘄春某石英巖礦的&含量為99.76％，含細(xì)小包裹體，主要雜質(zhì)礦物Fe、Al、Ti等以粘土礦物和鐵的氧化物形態(tài)存在。在經(jīng)過(guò)棒磨擦洗—脫泥—磁選—浮選—酸浸工藝后，獲得SiO2含量為99．99％以上的高純石英砂。

第五節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 分析

高純石英砂作大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、光纖、激光、航天、軍事中的基礎(chǔ)材料，其需求量越來(lái)越大，已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略性產(chǎn)品。隨著優(yōu)質(zhì)水晶資源的枯竭，需要優(yōu)先進(jìn)行優(yōu)質(zhì)石英資源的探查，盡快進(jìn)行高純石英砂制備技術(shù)的深入 研究 ，打破外國(guó)壟斷，形成自己具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。

結(jié)合化學(xué)、物理、機(jī)械化學(xué)、電磁(波)化學(xué)等專業(yè)知識(shí)， 研究 高純石英砂的提純技術(shù)是今后重要的發(fā)展方向?；瘜W(xué)合成可以制備純度較高的石英砂及球形石英砂，也是今后重點(diǎn) 研究 的方向。

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