不同石英原料的礦石性質(zhì)差異較大，提純潛力受礦石的化學(xué)成分、嵌布粒度特征、脈石礦物、包裹體和晶格雜質(zhì)等性質(zhì)的影響。高純石英產(chǎn)品的加工過程具有原礦性質(zhì)影響大、產(chǎn)品要求純度高和易受污染的特點(diǎn)。
高純石英的提純方法主要分為物理法和化學(xué)法。不同的共伴生礦物采用不同的分選技術(shù)，物理法提純主要有色選、擦洗、重選、磁選和浮選等工藝，可以去除幾乎所有以單體存在的礦物雜質(zhì)，除雜后雜質(zhì)元素的含量處于較低水平。此時(shí)，氣液包裹體和晶格內(nèi)部類質(zhì)同象雜質(zhì)是主要的雜質(zhì)來源，而這些雜質(zhì)是制約高純石英產(chǎn)品制備的關(guān)鍵性因素。物理法提純無法去除這些雜質(zhì)，需要進(jìn)行化學(xué)法深度提純。
化學(xué)深度提純主要包括酸（堿、鹽）處理法和熱處理法，酸（堿、鹽）處理主要去除以包裹體形式存在石英砂顆粒表面或鑲嵌于顆粒中的雜質(zhì)，熱處理法主要是利用高溫去除包裹體或晶格中類質(zhì)同象類雜質(zhì)。相對于物理提純方法而言，化學(xué)提純操作復(fù)雜、成本較高，但在制備高純石英時(shí)，化學(xué)處理是最有效的，也是必不可少的。
1、酸處理法
在經(jīng)歷初步物理提純后，大部分雜質(zhì)礦物已被去除，但還有少量雜質(zhì)礦物處在晶界、微裂隙及晶體內(nèi)，酸（堿、鹽）處理法主要是為了去除這部分雜質(zhì)。其中酸浸法應(yīng)用最為廣泛，常采用氫氟酸、硫酸、鹽酸和硝酸這幾種酸的混合溶液對石英砂進(jìn)行提純。
氫氟酸對石英、長石、云母等都具有明顯的溶蝕作用，且結(jié)構(gòu)缺陷越多，溶蝕速度越快，白云母、長石等鋁硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)必須結(jié)合氫氟酸才可有效破壞。
濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，熱的濃硫酸可以與大多數(shù)金屬反應(yīng)，將大部分硫化礦物轉(zhuǎn)變成相應(yīng)高價(jià)金屬硫酸鹽，其具有較高的沸點(diǎn)，常壓下可采用較高的浸出溫度。鹽酸具有良好的金屬溶解能力，且對鐵等離子具有良好的絡(luò)合性。
硝酸具有強(qiáng)氧化性，能夠有效地將金屬元素氧化生成可溶性鹽，但是其單獨(dú)浸出效果不好，一般與鹽酸混合制備強(qiáng)腐蝕性王水進(jìn)行浸出。草酸是酸浸常用的有機(jī)酸，可與溶出的金屬離子形成較穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而使其從石英表面脫離。
（1）有氟浸出
大量試驗(yàn)表明，高純石英除雜采用單一酸浸效果不佳，而采用混合酸浸則可利用不同酸產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，有效地去除雜質(zhì)?，F(xiàn)如今，以氫氟酸為主浸劑酸的混合酸浸的應(yīng)用最為廣泛，這方面相關(guān)研究較多，田金星將石英精礦經(jīng)過兩段酸浸處理，混合酸Ⅰn（HCl）︰n（H2SO4）=1︰0.3，混合酸Ⅱ?yàn)镠Cl、H2SO4、HNO3、HF（<10%）的混酸，最終得到的SiO2含量大于99.99%。張研研將煅燒水淬后的花崗偉晶巖長石尾礦利用HF︰HCl=1︰9的混合酸處理，得到最終產(chǎn)品SiO2含量99.9928%。鐘樂樂將真空焙燒后的某脈石英礦進(jìn)行還原體系的熱壓混合酸浸，酸浸條件為HF1.2mol/L、HCl3mol/L、HNO31mol/L，最終得到石英砂SiO2含量達(dá)到99.996%。夏章杰利用H2SO4和HF進(jìn)行混合酸浸，H2SO4濃度為3mol/L、HF深度為0.5mol/L，最終測得Fe、K、Al的浸出率分別為97.31%、94.87%、86.47%。雷紹民等人研究表明，HCl-H2C2O4-HF混合酸對Fe的去除效果較H2SO4-H2C2O4-HF混合酸的效果好，且能有效避免硫?qū)κ⒕V的污染。
（2）無氟浸出
隨著國家對環(huán)境保護(hù)的日益重視，高純石英混合酸浸中的無氟無硝工藝在今后工業(yè)實(shí)踐中尤為重要。夏章杰利用熱壓浸出石英，在260℃、H3PO4濃度0.6mol/L條件下浸出4h，總雜質(zhì)去除率達(dá)到85.26%，Al去除率達(dá)到87%，再經(jīng)過1000℃加入NaCO3氧化焙燒，最終Al含量25.22×10-6，SiO2含量達(dá)到99.995%。林敏在HCl和H2SO4體系中通過添加銨鹽輔助催化浸出，熱壓浸出過程中，HCl-NH4Cl體系在最佳條件下，總雜質(zhì)去除率85.2%，Al去除率88.2%；H2SO4-NH4Cl體系在最佳條件下，總雜質(zhì)去除率84.0%，Al去除率87.5%?，F(xiàn)階段，工業(yè)上還使用以HF為主的酸浸工藝，無氟無硝工藝還僅在實(shí)驗(yàn)室研究階段，但已經(jīng)取得了一定的成效，為今后環(huán)境友好型生產(chǎn)工藝的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。
2、熱處理法
?。?）高溫爆裂法
直接高溫爆裂法是利用高溫焙燒、微波加熱等使石英晶體表面創(chuàng)造晶體缺陷和高能區(qū)，并使氣液包裹體氣化膨脹，再利用水淬使膨脹的氣液包裹體瞬時(shí)爆裂。石英晶體中的礦物包裹體與石英晶體界面間，由于界面硅氧鍵Si-O和金屬氧鍵Me-O的熱學(xué)性質(zhì)差異，加溫時(shí)會(huì)在界面產(chǎn)生應(yīng)力集中，金屬氧鍵M-O易于斷裂以及表面水蒸發(fā)，在界面形成收縮性裂隙，石英晶體表面的裂隙即晶體缺陷是能量過剩區(qū)域，具有化學(xué)活性高的特征，為提高化學(xué)浸出效率創(chuàng)造了先機(jī)。同時(shí)，經(jīng)高溫焙燒過程，能除掉某些揮發(fā)性雜質(zhì)以及精礦中殘留的浮選劑。
在常壓條件下，升溫至573℃附近，石英Si-O鍵鍵角會(huì)發(fā)生位移型轉(zhuǎn)變，α-石英迅速轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;-石英；繼續(xù)升溫至870℃，β-石英會(huì)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;-鱗石英，該轉(zhuǎn)變晶格結(jié)構(gòu)變化更大。石英經(jīng)過這兩個(gè)晶型轉(zhuǎn)化點(diǎn)時(shí)，經(jīng)高溫焙燒-急速水淬，會(huì)產(chǎn)生大量的裂紋，現(xiàn)階段，大多數(shù)試驗(yàn)研究結(jié)果是利用石英第二個(gè)晶型轉(zhuǎn)變溫度，將高溫焙燒溫度定為900℃，但忽略了不同高純石英原料的差異性，缺乏針對不同高純石英原料焙燒溫度及焙燒工藝順序的科學(xué)界定。因此，需開展相應(yīng)的理論和機(jī)理研究，從根本上揭示高純石英焙燒與雜質(zhì)去除的內(nèi)在聯(lián)系。
（2）氯化焙燒法
氯化焙燒是去除石英晶格雜質(zhì)、堿金屬等間隙原子類雜質(zhì)最主要的方法，氯化焙燒是在一定溫度和氛圍條件下，將雜質(zhì)組分離子轉(zhuǎn)化為低沸點(diǎn)的氯化物，進(jìn)而將雜質(zhì)組分分離的過程。常用的氯化劑有氯氣、氯化氫、氯化銨、氯化鈉和氯化鈣等，氯化焙燒按產(chǎn)物形態(tài)可分為高溫焙燒（氯化揮發(fā)法）、中溫焙燒（氯化焙燒-浸出法）、氯化-離析。不同的氯化劑和焙燒溫度與晶格雜質(zhì)作用的方式和效果存在較大差異。
現(xiàn)階段，美國Unimin公司是唯一一個(gè)在高純石英提純中實(shí)現(xiàn)了氯化焙燒工業(yè)應(yīng)用的企業(yè)。針對Al、Ti、Fe、Ca、Mg、K、Na、Li等8種常見的高純石英雜質(zhì)，氯化焙燒對堿金屬K、Na的去除率最好，1200℃時(shí)K、Na可降至最低；氯化焙燒對Fe、Li有一定的去除作用，其他雜質(zhì)Al、Ti、Ca、Mg未見明顯的去除效果，這是由△GMeCl20和△GMeO0之差決定的，Al、Ti、Ca、Mg等元素雖與氯化合的能力很強(qiáng)，但是它們與氧結(jié)合的能力更強(qiáng)，且△GMeCl20和△GMeO0之差負(fù)值很大，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下不能夠被氯氣所氯化。例如TiO2轉(zhuǎn)變?yōu)門iCl4需要添加活性炭作為催化劑，否則反應(yīng)很難進(jìn)行。
資料來源：《張海啟,馬亞夢,譚秀民,等.高純石英中雜質(zhì)特征及深度化學(xué)提純技術(shù)研究進(jìn)展[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,2022,42(04):159-165》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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