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| 脈石英的深加工技術(shù)及研究概況 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-04-30 11:12:50 瀏覽次數(shù)： |
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脈石英是一種與花崗巖有關(guān)的巖漿熱液巖脈，主要產(chǎn)于花崗巖或花崗片麻巖區(qū)，礦體呈不規(guī)則脈狀，厚度一般幾米至幾十米，長度一般為十幾米至幾百米，寬度一般為幾米，一個(gè)礦區(qū)可由單條礦脈或由許多條礦脈組成。礦物組成幾乎全部為石英。由于其SiO2的含量很高，所以主要用來生產(chǎn)高純石英產(chǎn)品。近幾十年來，由于對高純石英需求不斷增加，所以對脈石英的提純、超細(xì)粉碎等工藝研究也越來越得到重視和加強(qiáng)。
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，硅質(zhì)原料制品的市場需求量日益增多，相應(yīng)地對其產(chǎn)品質(zhì)量要求也更加嚴(yán)格。這就要求對硅質(zhì)原料深加工技術(shù)作進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，研制出高質(zhì)量的石英產(chǎn)品以滿足高科技用硅的需求。目前，硅質(zhì)原料的深加工研究主要集中在對石英產(chǎn)品的粒度組成(細(xì)度)和化學(xué)成分(純度)兩個(gè)方面上。在提高石英產(chǎn)品質(zhì)量的前提上，如何降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)對天然硅質(zhì)原料的綜合利用，也逐漸成為生產(chǎn)企業(yè)和科研單位所面臨的一個(gè)重大問題。
一、 高純石英的生產(chǎn)
高純石英是指SiO2含量達(dá)到99.92％～99.99％的石英砂，一般要求的純度在9999％以上。由于對質(zhì)量要求嚴(yán)格，用普通的石英砂難以制得如此高純度的石英，因此一般選用SiO2含量相對較高的脈石英來制備高純石英。
許多國家都把高純石英砂的加工工藝作為高新技術(shù)領(lǐng)域。國外早在70年代就已開始采用硅石精加工后制成高純石英，用這種高純石英砂代替水晶生產(chǎn)高純度透明的石英玻璃。20世紀(jì)80年代美國PPCC公司在英國西北海岸Foxdale地區(qū)的花崗巖中提純石英，其SiO2含量達(dá)99．99％，鐵雜質(zhì)含量小于1×10-6，其它元素含量小于5×10-6。進(jìn)入90年代，美國Unimin公司在貝卡羅萊那州Spruce Pine地區(qū)的花崗巖中分選、提純出高純石英，經(jīng)提純后SiO2含量達(dá)99.99％，純度最高者SiO2含量達(dá)99.999％以上。經(jīng)過選礦提純制成的高純和超高純石英己廣泛應(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。
早在1974年我國的707廠就開始采用高純石英代替熔煉石英生產(chǎn)人造水晶。同時(shí)許多學(xué)者和選礦工作者也對石英提純加工技術(shù)進(jìn)行了長期研究，并取得了一定的進(jìn)展。但由于我國石英提純工藝和提純設(shè)備等方面較為落后，兼之石英提純對生產(chǎn)設(shè)備、環(huán)境和操作因素等環(huán)節(jié)要求嚴(yán)格，稍不注意可能造成二次污染，客觀上導(dǎo)致了石英提純上的困難。同時(shí)，采用復(fù)雜的提純工藝流程(如酸處理、氯化焙燒等)，雖然可以達(dá)到高純或超高純石英的質(zhì)量要求，但對于生產(chǎn)企業(yè)而言，成本太高，所以，長期以來我國的高純石英提純研究發(fā)展緩慢，處于一種出口原料，進(jìn)口高純石英加工制品的不良局面。
高純石英因?yàn)榫哂幸幌盗袃?yōu)異的特性和品質(zhì)，廣泛應(yīng)用于宇航、電子工業(yè)、電光源管、光學(xué)儀器、光纖通訊等高科技領(lǐng)域，是制造特種玻璃、電子封裝材料、光纖等產(chǎn)品不可缺少的原料之一。
二、高純石英的超細(xì)粉碎
現(xiàn)代許多工業(yè)領(lǐng)域．如精細(xì)化工、催化劑、高級磨料等，都需要粒度極細(xì)、分布均勻、高純度的粉體作原料。獲得超細(xì)或微細(xì)粉體的途徑有兩種：一是通過化學(xué)反應(yīng)，主要有溶膠法、氣相沉淀法、凝膠法等，但化學(xué)制備產(chǎn)量低、能耗大、工序復(fù)雜，難以大規(guī)模地生產(chǎn)；另一種是機(jī)械法制備，主要是機(jī)械破碎，包括高速?zèng)_擊式磨機(jī)、振動(dòng)磨、氣流磨、膠體磨、砂磨機(jī)等各種粉碎設(shè)備及作為配套設(shè)備的精細(xì)分級設(shè)備。
在濕法機(jī)械粉碎制各超細(xì)石英粉的工藝中，選用合適的研磨時(shí)間、礦漿濃度、料介比和助磨裁可以制備出d90為2μm左右的超細(xì)石英粉，而且該方法工藝簡單，效率高。
三、高純石英粉的球形化
大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路對封裝材料的要求也越來越高，不僅要求超細(xì)，高純，而且要求放射性元素含量低，特別是對于顆粒形狀提出了球形化要求。高純超細(xì)熔融球形石英粉(簡稱球形硅微粉)由于具有高介電、高耐熱、高耐濕、高填充量、低膨脹、低應(yīng)力、低雜質(zhì)、低摩擦系數(shù)等優(yōu)越性能，在大規(guī)模、超大艦?zāi)＜呻娐返幕搴头庋b料中，成了不可缺少的優(yōu)質(zhì)材料。
高純球形硅微粉的生產(chǎn)技術(shù)國外20世紀(jì)80年代初已經(jīng)有專利申報(bào)。90年代初，我國開始引進(jìn)使用球形硅微粉。目前，可以生產(chǎn)材料的主要國家是日本和美國，德國和俄羅斯也掌握此種生產(chǎn)技術(shù)。
國外球形硅微粉的制備通常采用二氧化硅高溫熔融噴射法、氣體火焰法和在液相中控制正硅酸乙酯、四氯化硅的水解法，單分散等法也可制備亞微米左右的球形二氧化硅粉；用特殊的工藝方法還可制各壁厚和粒徑可調(diào)的空心球形粉等。但其工藝復(fù)雜。這些方法國內(nèi)還只停留在試驗(yàn)室階段，有較大的技術(shù)難度，這也是至今國內(nèi)還不能生產(chǎn)出高質(zhì)量球形硅微粉的重要原因之一。
四、存在的問題與展望
高純石英是宇航、電子工業(yè)、電光源管、光學(xué)儀器、光纖通訊等高科技產(chǎn)品的基礎(chǔ)原材料，要求SiO2的含量很高。在缺乏有效的提純技術(shù)情況下，只能用自然界優(yōu)質(zhì)水晶經(jīng)簡單提純來滿足工業(yè)需要。隨著科技的進(jìn)步，尤其是微電子技術(shù)的發(fā)展，高純石英的需求量成倍增長，并且對其質(zhì)量要求也愈來愈高。而天然水晶屬于稀有礦產(chǎn)，特別是一、二級水晶資源已日漸枯竭，尋找水晶的代用品已成當(dāng)務(wù)之急。
因此，積極探求和推動(dòng)石英選礦提純技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)精制石英、高純和超高純石英的低成本、大批量工業(yè)化生產(chǎn)，對于彌補(bǔ)天然水晶資源的不足，滿足高科技用高純石英需求具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)石英玻璃在現(xiàn)代科技的發(fā)展中很重要，是高科技產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料。它在建筑、工照明、原子能、無線電電子學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、儀器制造、航天航空、高頻率技術(shù)、有色冶金及國防尖端諸方面均獲得廣泛應(yīng)用。據(jù)國外資料預(yù)測，石英及其制品在未來十年中將成為國際市場暢銷產(chǎn)品，需求量將持續(xù)增長。
硅質(zhì)原料在我國的儲(chǔ)量十分豐富，是我國的重要礦產(chǎn)資源。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，特別是我國在“十五”期間及未來十年中也將重點(diǎn)發(fā)展電子產(chǎn)業(yè)。對高純石英將會(huì)有更大的需求。 但是，隨著世界范圍內(nèi)資源的日益枯竭，現(xiàn)今解決水晶代用原料主要有三種途徑：(1)人造水晶；(2)用溶膠一一凝膠法及四氧化硅氣相沉淀法等人工合成石英玻璃；(3)用天然硅石經(jīng)加工提純后代替水晶。上述前兩種方法由于能耗大、成本高，故在我國大規(guī)模生產(chǎn)有較大的困難。所以研究和發(fā)展硅質(zhì)原料的選礦提純技術(shù)，特別是高純石英生產(chǎn)技術(shù)對進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及提高我國硅質(zhì)原料的選礦技術(shù)水平、促進(jìn)我國硅質(zhì)原料的廣泛應(yīng)用都具有重要經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)實(shí)意義。
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