鋁是高純石英砂的主要雜質(zhì)元素，在晶格中經(jīng)常替代Si4+，并會(huì)引入平衡電荷離子（Na+、Li+等），另外在x或γ射線輻照下，Al3+會(huì)產(chǎn)生色心，危害石英玻璃耐輻照性能。
鋁元素在石英砂主要是以3種形式存在：
一是存在于長(zhǎng)石、云母和粘土等含鋁礦物中；
二是以包裹體形式存在石英晶體內(nèi)；
三是以類質(zhì)同象形式存在石英晶格中。
對(duì)于以不同形式存在的鋁元素，去除方式也各有不同：
（1）對(duì)于粘土類礦物，一般采用脫泥的方法便可去除。
（2）對(duì)于替換硅原子存在于石英晶格網(wǎng)中的鋁雜質(zhì)和流體包裹體，一般處理方法較難去除，可采用高溫焙燒和氫氟酸酸洗。
（3）對(duì)于長(zhǎng)石類含鋁礦石，因長(zhǎng)石是石英晶體中的Si4+被Al3+取代后混入K+、Na+等金屬陽離子而形成的架狀硅酸鹽類礦物，所以長(zhǎng)石與石英的物理性質(zhì)相近，重選和磁選很難將長(zhǎng)石與石英分離，浮選是兩者分離最有效的方法。
長(zhǎng)石和石英的浮選方法分為氫氟酸法和無氟浮選法兩類。
氫氟酸法是長(zhǎng)石和石英分離的傳統(tǒng)方法，也是技術(shù)較為成熟，應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)，是在pH=2~3時(shí)，向礦漿中加入適量的HF和陽離子捕收劑將長(zhǎng)石優(yōu)先浮出，達(dá)到長(zhǎng)石與石英浮選分離目的的方法。
目前，氫氟酸法在工業(yè)應(yīng)用上效果也較好，曾經(jīng)是長(zhǎng)石和石英分離的主要工藝，但因HF有劇毒性，對(duì)環(huán)境的危害較大，現(xiàn)在已較少或禁止使用了，改用無氟浮選工藝。
無氟浮選法是為改變有氟法對(duì)環(huán)境嚴(yán)重的危害而發(fā)展的工藝，有堿性浮石英法、中性浮長(zhǎng)石法和酸性浮長(zhǎng)石法三種，酸性法因較為成熟而被廣泛用于工業(yè)上。
①酸性浮長(zhǎng)石法是在pH=2~3左右，用陰陽離子混合捕收劑優(yōu)先浮出長(zhǎng)石，是主要的長(zhǎng)石和石英浮選分離方法。
②中性浮長(zhǎng)石法是在中性介質(zhì)中，以六偏磷酸鈉為抑制劑，以陰陽離子混合捕收劑優(yōu)先浮選長(zhǎng)石的方法。
③堿性浮石英法是在pH=11~12時(shí)，以堿土金屬離子如Ca2+、Na+等作為活化劑，用烷基磺酸鹽優(yōu)先浮選出石英的方法。通過測(cè)試堿性浮長(zhǎng)石體系中長(zhǎng)石表面的ζ電位以及Ca2+的吸附，表明長(zhǎng)石受到抑制；在加入1-十二烷醇這種非離子表面活性劑時(shí)，石英回收率上升明顯，通過測(cè)試表面張力分析其機(jī)理得出，表面活性劑在磺酸鹽和金屬陽離子形成的中性絡(luò)合物半膠束吸附于石英表面過程中起到促進(jìn)劑的作用，并在采用長(zhǎng)鏈烷基磺酸時(shí)，起分散劑作用。
鋁雜質(zhì)的除去主要是脫泥和浮選，其中長(zhǎng)石和石英浮選分離經(jīng)歷了從有氟有酸到無氟無酸的發(fā)展過程，目前以酸性浮長(zhǎng)石法在工業(yè)上的應(yīng)用最為廣泛、成熟，但這一工藝需在強(qiáng)酸下進(jìn)行，操作不便且易腐蝕設(shè)備，因此無氟無酸法的工業(yè)應(yīng)用將成為新的發(fā)展方向，其中陰陽離子捕收劑的選擇則是研究的熱點(diǎn)。
石英及硅材料精細(xì)加工技術(shù)高級(jí)研修班
2019年3月23-25日 | 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）
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