“家里有矿,心里不慌”?你还需了解这些石英提纯工艺原理!


来源:www.188betkr.com 平安

[导读]顶级高校博士+实战型技术专家,将出席“2025全国半导体行业用高纯石英材料产业发展大会”

www.188betkr.com 讯在高纯石英矿品质明确的前提下,应该采用哪种提纯工艺流程?这需要基于石英矿石原料的工艺矿物学研究和可选性试验结果而设计制定,其中,对于各种常用的提纯方法的机理的认识更是必不可少。

焙烧与水淬

焙烧是针对石英在低于其熔点温度下进行的一种高温处理工艺,常与水淬工艺相关联。石英矿在高温焙烧和水淬处理的过程中,高温受热与低温骤冷会导致矿物晶格内部内应力发生急剧变化,从而导致微裂纹的产生或直接破碎。通过焙烧和水淬处理,矿石的整体机械强度降低,使石英矿在制砂过程中更容易破碎成砂,从而有效地降低了能耗。

另外,在焙烧和水淬过程中,石英内部的气液包裹体在受热后会发生体积膨胀,从而使气液包裹体附近产生微裂纹或破裂。而对于固体包裹体来说,由于杂质相与石英相在热膨胀系数上存在差异,故而杂质相与石英相的相界面处在热胀冷缩过程中容易发生破裂。这些微裂纹或破裂使得石英矿在后期提纯过程中,处于石英内部的杂质相更易被彻底去除,从而获得更高品质的高纯石英砂。

此外,对于含多种矿物的石英矿床(如花岗伟晶岩),焙烧和水淬还可以促进破碎时不同矿物相的解离,使石英与长石云母等矿物更好的分离,从而减少石英与杂质矿物伴生颗粒的数量。

酸浸

在矿物加工行业,酸浸一般被用来从低品位矿石中提取目标金属元素,例如铜矿、金矿和银矿加工时的Cu、Au、Ag元素的化学浸出过程。相反,对于石英砂提纯来说,酸浸是借助酸去除杂质的酸洗过程,其中涉及到脉石矿物溶解、杂质金属元素溶解以及包裹体杂质去除的化学浸出过程,例如酸浸去除石英砂表面的褐铁矿。

酸浸常用的酸有氢氟酸(HF)、盐酸(HCI)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、草酸(H2C2O4)和高氯酸(HClO4)等。石英的特殊结构使其仅能溶解于氢氟酸,而不溶解于其他酸。借助这一特点,除氢氟酸外的酸可以用来去除石英中的Al、Fe、Li、Na、K等杂质金属元素,且酸浸溶液中添加适量的氢氟酸则可以用来去除混在石英砂里面的少量脉石矿物。

浮选

浮选是一种基于矿物颗粒表面疏水性差异导致的不同颗粒间存在上浮或下沉的差异,从而使目标矿物在浮选槽矿浆中随气泡浮出或沉底的分离方法。浮选过程需要浮选药剂、搅拌装置和充气装置等相互配合才能达到分离不同矿物颗粒的效果。浮选药剂的选择是能否成功浮选分离不同矿物的关键。



浮选机工作示意图(图源:蒋雪松博士)


浮选过程通常会涉及到两种或两种以上浮选药剂的交互作用,其中浮选药剂包括捕收剂、pH调节剂、抑制剂、起泡剂和活化剂等。浮选药剂的使用目的是引起或扩大目标矿物颗粒和其他颗粒的疏水性差异,从而使颗粒在浮选过程中表现出不同的上浮或下沉现象,最终使目标矿物浮出或沉在槽底。按照目标矿物在浮选过程中的不同行为,浮选可分为正浮选和反浮选。正浮选为目标矿物随气泡浮出浮选槽,而反浮选为目标矿物沉在浮选槽底部。

石英砂提纯中浮选目的主要是分离石英砂和脉石矿物,主要涉及到石英与长石的分离、石英与云母的分离等。石英与伴生矿物长石的浮选分离是石英砂提纯中最常见的浮选应用。

氯化

在冶金领域,氯化是一种用于分离提取矿物中有价值的金属元素的常用方法,该方法一般通过氯化焙烧的方式实现。在氯化焙烧过程中,矿石中的有价值的金属元素在氯化剂的作用下会形成金属氯化物。与金属元素本身或者其他种类的化合物相比,金属氯化物具有低熔点、易挥发、易溶于水和易还原等特点,因此可以通过氯化焙烧工艺,使得有价值的金属元素以氯化物的形式进行富集和提取,从而达到分离有价值金属元素的目的。

根据物质形态,氯化剂可分为气体氯化剂和固体氯化剂,并且各有优缺点。从氯化机理方面来说,气体氯化剂在氯化焙烧过程中直接参与氯化反应,反应过程简单。对比之下,固体氯化剂的反应机理较为复杂。

在制备高纯石英砂过程中,氯化焙烧常被用来去除石英晶格内的杂质金属元素。一般来说,氯化焙烧为工艺流程的最后一步,用来去除经过磁选、浮选、酸浸等提纯手段后石英晶格内残存的杂质金属元素。

针对不同的石英矿石原料,采用的石英提纯工艺流程也都不一样。具体采用哪些工艺,必须系统研究矿石原料特征、掌握各种提纯工艺的原理,再加上反复试验,才可能摸索出最佳的工艺流程。2025年4月23-24日,由www.188betkr.com 、中粉会展主办的“2025全国半导体行业用高纯石英材料产业发展大会”将在江苏南京召开,届时来自中科院合肥物质科学研究院的蒋雪松博士,将做题为《天然矿石制备高纯石英砂提纯工艺机理分享》的报告。




蒋雪松博士将聚焦天然石英矿石制取高纯石英砂的核心工艺,深入剖析几种主流提纯方法的机理及其在实践应用中的挑战,希望为高纯石英砂行业的技术创新与优化提供思路。

蒋博士现就职于中科院合肥物质科学研究院,同时担任玖曦硅业技术总监、联合创始人,深耕硅基材料领域研究,主要包括高纯石英材料制备、新型矿物分离技术开发、浮选药剂配制与开发、矿物检测技术开发等研究,发表SCI论文10余篇,拥有多项发明专利。精通石英矿石鉴定、高纯石英砂生产工艺及其检测技术,成功推进多项技术产业化。

资料来源:蒋雪松:高纯石英砂制备及浮选机理研究,中国科学技术大学博士论文

(www.188betkr.com 编辑整理/平安)

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作者:平安

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