石英砂提纯技术简介与分类

石英砂提纯技术是指通过物理、化学或联合方法去除天然石英砂中的杂质（如铁、铝、钛、钾、钠等金属氧化物以及黏土、云母、长石等矿物杂质），以获得高纯度二氧化硅（SiO₂）产品的工艺过程。

高纯石英砂广泛应用于光伏、半导体、光纤通信、精密铸造、玻璃制造等领域，对纯度要求极高（通常 SiO₂ 含量需 ≥99.99%）。

以下是主要的石英砂提纯技术：

一、物理提纯法

1、筛分与水洗

去除大颗粒杂质和部分黏土、泥沙。

是最基础的预处理步骤。

2、磁选

利用磁性差异分离含铁矿物（如磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿等）。

可采用干式或湿式磁选机，高梯度磁选（HGMS）效果更佳。

3、浮选

利用矿物表面性质差异，在药剂作用下选择性分离杂质（如长石、云母等）。

阴离子反浮选常用于去除长石，阳离子浮选用于去除云母。

4、重力选矿（如螺旋溜槽）

利用密度差异分离重矿物杂质。

5、擦洗与超声波清洗

擦洗可去除石英颗粒表面附着的薄膜铁和黏土；

超声波清洗能有效剥离微细杂质。

二、化学提纯法

1、酸洗（酸浸）

使用盐酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄）、硝酸（HNO₃）、氢氟酸（HF）等溶解金属氧化物杂质。

HF 对硅酸盐类杂质（如长石、云母）有强溶解能力，但需谨慎使用（剧毒、腐蚀性强）。多采用混合酸（如 HCl+HF）进行协同提纯。

2、碱洗

使用 NaOH 或 Na₂CO₃ 溶液去除铝、硅酸盐等杂质，但可能引入新杂质，应用较少。

3、高温氯化（焙烧-氯化）

在高温（800–1200°C）下通入 Cl₂ 或 HCl 气体，使金属杂质转化为挥发性氯化物排出。可显著降低 Al、Fe、Ti、K、Na 等元素含量，是制备超高纯石英的关键步骤。

4、热爆裂与煅烧-水淬

高温煅烧后迅速水冷，利用热应力使包裹体破裂，便于后续酸洗去除内部杂质。

三、联合提纯工艺（典型流程）

高纯石英砂生产通常采用“物理+化学”多级联合工艺，例如：

原矿 → 破碎 → 筛分 → 水洗 → 擦洗 → 磁选 → 浮选 → 酸洗→ 高温氯化 → 超纯水清洗 → 干燥 → 成品

对于光伏和半导体级石英砂，还需在洁净环境中进行最终处理，避免二次污染。

四、关键技术挑战

包裹体去除困难：微米/纳米级流体或矿物包裹体难以通过常规手段去除。

原料依赖性强：并非所有石英矿都适合提纯至高纯级别，优质矿源稀缺。

环保与安全：酸洗废液、HF 使用、氯气排放等需严格处理。

成本高：超高纯石英砂制备工艺复杂，设备投资大，能耗高。

以上是石英砂提纯技术的一些简单介绍，在实际的生产工艺设计中，需结合原料的性质和成品的技术要求进行综合设计，在多级联合工艺的基础上进行增减调整，以达到最好的效果。