高纯石英砂制备全流程

高纯石英砂是一种二氧化硅含量高达99.99%以上的优质非金属矿产资源，其优异的理化性质使其在现代工业中得到广泛应用。光学领域是高纯石英砂应用最早、最广的领域之一，用于制造各类高端光学玻璃、石英光纤、光刻掩膜版等。高纯石英砂在航空航天、生物医疗、精密铸造等领域也有广阔的应用前景，对其品质的要求也在不断提高。

石英砂选矿工艺

1原矿破碎筛分环节

石英砂选矿的首要环节是将开采出的石英原矿进行破碎和筛分，以获得具有特定粒度分布的矿石颗粒。通常采用的破碎工艺路线为：颚式破碎机初破，圆锥破碎机或反击式破碎机中碎，最后经过振动筛或旋振筛进行分级筛分。破碎过程中需严格控制给料粒度、破碎比、转速等参数，以保证产品的粒度分布符合后续选矿工艺的要求。

2石英砂磁选与浮选

石英砂中常含有磁性杂质如赤铁矿、磁铁矿等，需通过磁选工艺予以去除。湿式磁选是常用的方法，矿浆浓度控制在30%~40%，磁场强度为0.1T~0.3T，磁滚筒转速为30r/min~50r/min。为提高磁选效率，可在磁选前对矿石进行表面活化处理，如采用硫酸亚铁调节矿浆pH值至8.5~9.0，促进磁性矿物表面的絮凝。经过2~3次磁选，可将石英砂中的Fe2O3含量降低至0.05%以下。

除铁后的尾矿进入浮选工序，进一步去除长石、云母等非磁性杂质。常采用正硅酸盐反长石浮选工艺，捕收剂为十八胺，起泡剂为松醇油，pH值控制在8~9之间。粗选采用多槽浮选机，精选采用柱型浮选机，泡沫层厚度控制在600mm~800mm。多次闭路浮选后，可获得Fe2O3≤0.02%、Al2O3≤0.15%的高品位石英砂精矿。

3浮选精矿清洗及脱水

浮选精矿在输送和储存过程中不可避免地会混入一定量的泥沙和杂质，因此需要对其进行清洗和脱水处理。高压水力旋流器是常用的清洗设备，通过旋流器内部形成的高速旋转水流，利用离心力和水力剪切力将细粒泥沙从砂粒表面剥离，并通过溢流口排出。

石英砂提纯技术

1.酸浸除杂

为进一步提高石英砂的纯度，需采用一系列物理化学方法对其进行深度提纯。酸浸是去除石英砂中金属杂质的关键工艺，常用的酸浸剂有盐酸、硝酸和硫酸等。以盐酸浸出为例，将石英砂投入浓度为10%~20%的盐酸溶液中，在90℃~100℃下搅拌浸出2h~4h，可将Fe、Al、Ca等杂质离子溶解于酸液中，经过滤、洗涤后即可获得高纯度石英砂。

2.热处理处理

高温热处理是改善石英砂物理化学性能的重要手段，石英砂在加热过程中会发生一系列相变和结构变化，不同温度范围内的热处理效果差异显著。当温度较低时，石英砂以α－石英的形式稳定存在，此时晶格中的Si-O键振动逐渐增强，使得石英颗粒的硬度和耐磨性得到提高。随着温度进一步升高，α－石英会发生可逆转变，转化为β－石英，伴随着一定程度的体积膨胀。这一转变会诱发石英颗粒表面产生微裂纹，比表面积显著增大，有利于改善其与树脂基体的界面结合性能。当温度超过一定阈值后，石英发生不可逆的相变，由β－石英转变为β-鳞石英，体积出现明显收缩，导致颗粒破碎，粒径减小。温度进一步升高至更高水平，鳞石英会转变为方石英，并最终熔融形成玻璃态二氧化硅。

3.精细分级和表面改性

石英砂的粒度分布和表面性质对其应用性能有着决定性影响，因此需要对其进行精细分级和表面改性处理。湿法静电分级是一种高效的粒度控制技术，利用颗粒表面电荷的差异实现不同粒级颗粒的分离。在分级过程中，石英砂悬浮液通过一个具有高压静电场的分级柱，带相反电荷的颗粒在电场力的作用下向两极迁移，最终实现粒度范围在1μm-100μm的精确分级。

高纯石英砂的制备是一项系统工程，涉及选矿、提纯、深加工等多个环节。通过综合利用物理选别、化学浸取、热处理改性等多种技术手段。