高纯石英砂的制备及应用研究进展
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机，试验表明，磁选后铁和钛的含量都显 著降低，通过磁选可以有效去除铁、钛。试验选出的磁选 最优条件为：磁场强度为 1.7T，磁选次数一次。刘加威[8]以 凤阳地区石英砂为原料，探讨了磁场强度和去除杂质铁含 量的关系。实验结果表明，随着磁场强度的增大石英砂中 铁去除率也变大，由此得出在考虑成本的同时石英砂的磁 选分离过程中可以增大磁场强度到一定的数值，或者增加 磁分离次数。
1 高纯石英砂的原料
世界上只有少数几种原矿可以生产高纯度的石英砂用 于高科技工业。这种原矿资源储量较少，由于开采力度加 大，已经逐渐枯竭。传统的天然水晶简单提纯的生产方法 远远不能满足工业生产的需要，已逐渐从其他石英矿石中 寻找高纯石英。我国硅石资源种类繁多，储存量大。石英岩、 石英砂岩和脉石英是我国生产高纯石英砂的主要原材料[4]。
而形成的。脉石英常与水晶伴随产生，脉状是脉石英矿的 主要呈现形式，它的二氧化硅含量高达 99%。伴生矿物有 黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿等。四川、黑龙江、湖北等地的变 质岩区是脉石英矿床的主要分布区域。
2 高纯石英砂的制备
石英砂的提纯主要是除去其中少量或微量杂质，获得 高纯石英砂。氧化铁和氧化铝是石英砂中的主要有害物质， 因此对铁和铝的有效去除可以显著体现石英砂提纯和工艺 的技术进步。常用的工艺有擦洗、重选、磁选、浮选、酸浸等。
1）石英岩 石英岩是一种以石英为主的变质岩。它是由石英砂岩 和硅质岩石变质作用形成的。其中二氧化硅含量在 85%以 上，此外还含有少量云母矿物、赤铁矿和针铁矿。青海、辽 宁和陕西是石英岩的主要分布区域。 2）石英砂岩 石英砂岩是由石英颗粒胶结而成的沉积岩。其二氧化 硅含量高达 95%，主要为硅质胶结，铁胶结量小，页岩含量 少。石英砂岩的结构稳定，通常为淡褐色或红色。福建、 广东、广西南部、海南西北部和山东北部沿海地区是石英 砂岩矿床的主要分布区域。 3）脉石英 脉石英是由地下岩浆分泌的硅热液填充在岩石裂隙中
高纯石英砂是SiO2 含量高于 99.9%的石英砂，为白色 粉末，无异色，杂质含量很低。它具有高的耐温性，极好的 化学特性，优良的电绝缘性和透光性等，是高新技术产业 不可替代的矿物原料。
中国是全球石英石产量最大的地区，石英矿原料储备 丰富，但杂质种类多，性质不稳定[1]。对石英砂的质量要求 和其实际的工业用途有着直接关系，传统应用领域对石英 砂的质量要求很低。随着科技的飞速发展，石英砂在高新 技术领域的应用越来越广泛。高新技术领域对石英砂的质 量要求严格，普通的石英砂不能满足它们的要求。高纯石 英砂是由普通石英砂提纯得到的，其杂质含量很低，性能 稳定，行业需求量较大，可以实现资源的充分利用[2-3]，我 国近年来在大力发展高纯石英砂产业。
实验与研究
高纯石英砂的制备及应用研究进展
Study on preparation and application of higher purity quartz sand 石钰 张磊 周东站 孙勇 廉娇 王云 张敬 许慧超 于浩洋 樊志恒 （中国建筑材料科学研究总院有限公司建材行业特种光电材料重点实验室，北京 100024）
2.4 浮选 浮选是通过矿物颗粒表面上的不同物理和化学性质对 矿物颗粒进行分离的过程，主要功能是从石英砂中除去相 关的矿物云母和长石。研究发现，矿浆的pH值和捕收剂种 类、用量对浮选提纯效果有显著的影响。吴逍等[1]以青海 花脖湾石英岩特级矿石为原料，进行了煅烧-水淬和磁选预 处理准备。采用十二胺（DDA）作为捕收剂，通过试验考察 了矿浆的pH值和捕收剂用量对石英砂浮选提纯效果的影 响，确定矿浆的pH值为 2.5，DDA用量为 140g·t-1 时，SiO2 含量由 99.07%提高到 99.44%，浮选精矿指标较好。彭寿等[9] 通过试验研制出一种性能优良的浮选捕收剂，在石英砂的 提纯工艺中应用该捕收剂开发出了PPM级低铁石英砂，降 低了行业对优质石英资源的依赖程度，提高了资源利用率。 物理选矿方法只能去除矿物结构类的杂质，很少能除 去石英砂表面的杂质。石英砂越纯利用价值越高，所以有 必要进一步提纯浮选后的石英砂。 2.5 酸浸 石英不溶于酸（氢氟酸除外），通过酸对铁及其他有害 元素的溶解作用，从而将杂质分离出来，得到高纯石英砂。 石英砂表面及缝隙中的杂质可以通过酸浸最大限度地去 除，磁选和浮选等物理方法只能除去矿物结构类杂质。 研究发现酸浸过程中使用混合酸去除杂质的效果比较 好，石英会被氢氟酸溶解，所以混合酸中氢氟酸浓度不宜过 高。时间、酸的浓度、洗涤过程和温度都是影响酸浸效果的 因素。刘加威等[10]采用磁选加混合酸酸洗的方法对石英砂 进行提纯，结果表明，随着粒径减小铁去除率增大，混合酸 （HNO3+HCl+HF）对铁的去除效果最好，反应时间为 6 小时， 通过试验铁杂质含量降为 24.76ug/g，提高了石英砂的铁杂 质去除率。熊康等[11]以湖北某地脉石英矿为原料，采用混 合酸浸出工艺进行提纯，利用光学显微镜、EPMA和ICP进 行表征。热力学分析表明混合酸浸出体系下混合酸浸出 剂能优先与杂质矿物自发反应且其反应速率远大于混合酸 浸出剂与脉石英的反应速率，混合酸浸出工艺能有效去除 填隙在石英晶格中的杂质金属元素，杂质元素总量降低至 40.71ug/g，总去除率达到 91.11%，SiO2 含量达到 99.99%。
2.1 擦洗 用机械力和砂粒间的剥离力去除石英砂表面的杂质 铁、粘结和矿物泥。擦洗使石英砂矿物前期可以有效地排 出一部分杂质，清洁石英砂颗粒的表面，从而顺利进行后 面的提纯工作。对湖北某石英砂岩矿经洗矿脱泥的石英砂 进行擦洗，SiO2 含量由原矿的 90.99%提高到 95.76%，Al2O3 含量由 4.91%下降到 2.09%，Fe2O3 由 0.35%下降到 0.05%。 杜建中等[5]对安徽潜山石英采用热碱自磨的擦洗方法，使 SiO2 含量由原矿的 99.5%提高到 99.95%，杂质Al从 100ppm 下降到 50ppm，杂质Fe从 60ppm下降到 15ppm。 2.2 重选 重选是根据矿物重力的不同对矿物进行筛选。矿物颗 粒由于密度的不同在介质中受流体力和机械力的影响不 同，产生松散的分层，从而矿石颗粒被分离。张福存等[6]对 海南文昌石英砂采用重选方法后，原料中铁、钛含量均下 降，除铁、钛效果明显，可使石英砂中的Fe2O3 含量从 0.26% 降到 0.05%，TiO2 从 0.19%降到 0.02%。 2.3 磁选 磁选是将石英砂中的磁性杂质矿物和颗粒分离出来。 石英砂中的石英是反磁性物质，在磁场中不能被磁化，而其 中含Fe、Ti的杂质大多是顺磁性物质，可以被磁化，从而通 过磁选可以除去含Fe、Ti的杂质，获得很高的石英砂含量。 磁选通常采用的设备是湿式强磁选机和高梯度磁选机。刘 玉飞等[7]对焙烧后的石英砂进行磁选试验，磁选设备为周
摘要：高纯石英砂是光纤通讯、太阳能光伏、航空航天、电子及半导体等现代高新技术产业的重要原料。本文对高 纯石英砂的制备和应用研究进行了综述，并对其应用前景进行展望。 关键词：高纯石英砂；提纯；应用 Abstract: High purity quartz sand is an important raw material of modern hi-tech industries such as fiber-optic communication, solar photovoltaic, aeronautics and astronautics and electronic semi-conductor. The utilization and development of higher purity quartz sand were reviewed in this paper. Keywords: higher purity quartz sand; purification; application 中图分类号：TD97；TD985 文献标识码：B 文章编号：1003-8965（2019）04-0073-03
1 高纯石英砂的原料
世界上只有少数几种原矿可以生产高纯度的石英砂用 于高科技工业。这种原矿资源储量较少，由于开采力度加 大，已经逐渐枯竭。传统的天然水晶简单提纯的生产方法 远远不能满足工业生产的需要，已逐渐从其他石英矿石中 寻找高纯石英。我国硅石资源种类繁多，储存量大。石英岩、 石英砂岩和脉石英是我国生产高纯石英砂的主要原材料[4]。
而形成的。脉石英常与水晶伴随产生，脉状是脉石英矿的 主要呈现形式，它的二氧化硅含量高达 99%。伴生矿物有 黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿等。四川、黑龙江、湖北等地的变 质岩区是脉石英矿床的主要分布区域。
2 高纯石英砂的制备
石英砂的提纯主要是除去其中少量或微量杂质，获得 高纯石英砂。氧化铁和氧化铝是石英砂中的主要有害物质， 因此对铁和铝的有效去除可以显著体现石英砂提纯和工艺 的技术进步。常用的工艺有擦洗、重选、磁选、浮选、酸浸等。
1）石英岩 石英岩是一种以石英为主的变质岩。它是由石英砂岩 和硅质岩石变质作用形成的。其中二氧化硅含量在 85%以 上，此外还含有少量云母矿物、赤铁矿和针铁矿。青海、辽 宁和陕西是石英岩的主要分布区域。 2）石英砂岩 石英砂岩是由石英颗粒胶结而成的沉积岩。其二氧化 硅含量高达 95%，主要为硅质胶结，铁胶结量小，页岩含量 少。石英砂岩的结构稳定，通常为淡褐色或红色。福建、 广东、广西南部、海南西北部和山东北部沿海地区是石英 砂岩矿床的主要分布区域。 3）脉石英 脉石英是由地下岩浆分泌的硅热液填充在岩石裂隙中
高纯石英砂是SiO2 含量高于 99.9%的石英砂，为白色 粉末，无异色，杂质含量很低。它具有高的耐温性，极好的 化学特性，优良的电绝缘性和透光性等，是高新技术产业 不可替代的矿物原料。
中国是全球石英石产量最大的地区，石英矿原料储备 丰富，但杂质种类多，性质不稳定[1]。对石英砂的质量要求 和其实际的工业用途有着直接关系，传统应用领域对石英 砂的质量要求很低。随着科技的飞速发展，石英砂在高新 技术领域的应用越来越广泛。高新技术领域对石英砂的质 量要求严格，普通的石英砂不能满足它们的要求。高纯石 英砂是由普通石英砂提纯得到的，其杂质含量很低，性能 稳定，行业需求量较大，可以实现资源的充分利用[2-3]，我 国近年来在大力发展高纯石英砂产业。
实验与研究
高纯石英砂的制备及应用研究进展
Study on preparation and application of higher purity quartz sand 石钰 张磊 周东站 孙勇 廉娇 王云 张敬 许慧超 于浩洋 樊志恒 （中国建筑材料科学研究总院有限公司建材行业特种光电材料重点实验室，北京 100024）
2.4 浮选 浮选是通过矿物颗粒表面上的不同物理和化学性质对 矿物颗粒进行分离的过程，主要功能是从石英砂中除去相 关的矿物云母和长石。研究发现，矿浆的pH值和捕收剂种 类、用量对浮选提纯效果有显著的影响。吴逍等[1]以青海 花脖湾石英岩特级矿石为原料，进行了煅烧-水淬和磁选预 处理准备。采用十二胺（DDA）作为捕收剂，通过试验考察 了矿浆的pH值和捕收剂用量对石英砂浮选提纯效果的影 响，确定矿浆的pH值为 2.5，DDA用量为 140g·t-1 时，SiO2 含量由 99.07%提高到 99.44%，浮选精矿指标较好。彭寿等[9] 通过试验研制出一种性能优良的浮选捕收剂，在石英砂的 提纯工艺中应用该捕收剂开发出了PPM级低铁石英砂，降 低了行业对优质石英资源的依赖程度，提高了资源利用率。 物理选矿方法只能去除矿物结构类的杂质，很少能除 去石英砂表面的杂质。石英砂越纯利用价值越高，所以有 必要进一步提纯浮选后的石英砂。 2.5 酸浸 石英不溶于酸（氢氟酸除外），通过酸对铁及其他有害 元素的溶解作用，从而将杂质分离出来，得到高纯石英砂。 石英砂表面及缝隙中的杂质可以通过酸浸最大限度地去 除，磁选和浮选等物理方法只能除去矿物结构类杂质。 研究发现酸浸过程中使用混合酸去除杂质的效果比较 好，石英会被氢氟酸溶解，所以混合酸中氢氟酸浓度不宜过 高。时间、酸的浓度、洗涤过程和温度都是影响酸浸效果的 因素。刘加威等[10]采用磁选加混合酸酸洗的方法对石英砂 进行提纯，结果表明，随着粒径减小铁去除率增大，混合酸 （HNO3+HCl+HF）对铁的去除效果最好，反应时间为 6 小时， 通过试验铁杂质含量降为 24.76ug/g，提高了石英砂的铁杂 质去除率。熊康等[11]以湖北某地脉石英矿为原料，采用混 合酸浸出工艺进行提纯，利用光学显微镜、EPMA和ICP进 行表征。热力学分析表明混合酸浸出体系下混合酸浸出 剂能优先与杂质矿物自发反应且其反应速率远大于混合酸 浸出剂与脉石英的反应速率，混合酸浸出工艺能有效去除 填隙在石英晶格中的杂质金属元素，杂质元素总量降低至 40.71ug/g，总去除率达到 91.11%，SiO2 含量达到 99.99%。
2.1 擦洗 用机械力和砂粒间的剥离力去除石英砂表面的杂质 铁、粘结和矿物泥。擦洗使石英砂矿物前期可以有效地排 出一部分杂质，清洁石英砂颗粒的表面，从而顺利进行后 面的提纯工作。对湖北某石英砂岩矿经洗矿脱泥的石英砂 进行擦洗，SiO2 含量由原矿的 90.99%提高到 95.76%，Al2O3 含量由 4.91%下降到 2.09%，Fe2O3 由 0.35%下降到 0.05%。 杜建中等[5]对安徽潜山石英采用热碱自磨的擦洗方法，使 SiO2 含量由原矿的 99.5%提高到 99.95%，杂质Al从 100ppm 下降到 50ppm，杂质Fe从 60ppm下降到 15ppm。 2.2 重选 重选是根据矿物重力的不同对矿物进行筛选。矿物颗 粒由于密度的不同在介质中受流体力和机械力的影响不 同，产生松散的分层，从而矿石颗粒被分离。张福存等[6]对 海南文昌石英砂采用重选方法后，原料中铁、钛含量均下 降，除铁、钛效果明显，可使石英砂中的Fe2O3 含量从 0.26% 降到 0.05%，TiO2 从 0.19%降到 0.02%。 2.3 磁选 磁选是将石英砂中的磁性杂质矿物和颗粒分离出来。 石英砂中的石英是反磁性物质，在磁场中不能被磁化，而其 中含Fe、Ti的杂质大多是顺磁性物质，可以被磁化，从而通 过磁选可以除去含Fe、Ti的杂质，获得很高的石英砂含量。 磁选通常采用的设备是湿式强磁选机和高梯度磁选机。刘 玉飞等[7]对焙烧后的石英砂进行磁选试验，磁选设备为周
摘要：高纯石英砂是光纤通讯、太阳能光伏、航空航天、电子及半导体等现代高新技术产业的重要原料。本文对高 纯石英砂的制备和应用研究进行了综述，并对其应用前景进行展望。 关键词：高纯石英砂；提纯；应用 Abstract: High purity quartz sand is an important raw material of modern hi-tech industries such as fiber-optic communication, solar photovoltaic, aeronautics and astronautics and electronic semi-conductor. The utilization and development of higher purity quartz sand were reviewed in this paper. Keywords: higher purity quartz sand; purification; application 中图分类号：TD97；TD985 文献标识码：B 文章编号：1003-8965（2019）04-0073-03