摘要：高純石英砂是微電子、光纖通信、航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原材料，戰(zhàn)略地位非常重要。目前，制備高純石英砂主要通過(guò)化學(xué)合成、天然水晶加工及石英礦物深度提純。其中，通過(guò)化學(xué)合成和天然水晶加工的制備方法受原料、成本、產(chǎn)量等方面的制約，難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用；因此，通過(guò)石英礦物制備高純石英砂的加工技術(shù)將是未來(lái)的主要研究方向。然而，我國(guó)對(duì)以石英礦物為原料制備高純石英砂的相關(guān)研究起步晚、研究少，技術(shù)被歐美發(fā)達(dá)國(guó)家長(zhǎng)期壟斷，市場(chǎng)大量依靠進(jìn)口。

從原料分析出發(fā)，對(duì)比了用于制備高純石英砂的石英原礦的礦物特性，得出花崗偉晶巖和脈石英是制備高純石英砂的較理想原料。系統(tǒng)分析了石英原礦中的伴生脈石礦物類(lèi)型以及Al、Fe、Ca、K等常見(jiàn)雜質(zhì)元素的存在形式和附存狀態(tài)，并著重分析了晶格雜質(zhì)和包裹體雜質(zhì)的晶體構(gòu)型，指出了晶格雜質(zhì)難以脫除是制約高純石英砂品質(zhì)的主要原因。

從礦物加工角度，并依據(jù)不同的加工目的將現(xiàn)行的高純石英砂加工技術(shù)分成4個(gè)大類(lèi)，對(duì)各類(lèi)生產(chǎn)工藝狀況進(jìn)行了詳細(xì)的分析概括，指出了現(xiàn)行工藝技術(shù)的不足以及與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平間的差距。在此基礎(chǔ)上提出，目前高純石英砂生產(chǎn)和研究中存在的問(wèn)題及未來(lái)的研究方向，為今后相關(guān)研究提供理論指導(dǎo)。

石英砂根據(jù)其純度可以分成普通石英砂和高純石英砂。

普通工業(yè)石英砂是指SiO₂的含量在96%-99%，雜質(zhì)Fe₂O₃含量小于0.5%、Al₂O₃含量小于2.0%的石英砂。普通工業(yè)石英砂主要的應(yīng)用領(lǐng)域有玻璃制品、陶瓷制品、機(jī)械鑄造、水泥制品、耐火材料等。其制備簡(jiǎn)單，只需對(duì)原礦進(jìn)行分級(jí)或者采用簡(jiǎn)單的選礦工藝就能達(dá)到要求，中國(guó)生產(chǎn)的石英砂大部分應(yīng)用在了這些領(lǐng)域。

高純石英砂是指SiO₂含量大于99.95%、Fe₂O₃含量小于0.0001%、Al₂O₃含量小于0.01%的石英砂。高純石英砂主要應(yīng)用在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，如航空航天、生物工程、高頻率技術(shù)、電子技術(shù)、光纖通信和軍工等領(lǐng)域。

高純石英砂的戰(zhàn)略地位非常重要，制備技術(shù)長(zhǎng)期被美國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家壟斷，并嚴(yán)格限制技術(shù)和產(chǎn)品的出口。我國(guó)高純石英砂的研究從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，起步較晚，雖然取得了一定的成績(jī)，但僅能制備部分中、低檔高純石英砂。高純石英砂市場(chǎng)大量依靠進(jìn)口，據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：2017年我國(guó)出口中、低純石英砂80萬(wàn)t，出口金額6237萬(wàn)美元，但進(jìn)口高純石英砂28萬(wàn)t，進(jìn)口金額超過(guò)1.2億美元。

目前，制備高純石英砂的方法主要分為3大類(lèi)：用含硅化合物（如SiCl₄ CH₃SiCl₃和Na₂SiO₃等）化學(xué)合成；天然水晶粉磨加工；石英礦物深度提純。化學(xué)合成法的原料成本高、能耗大、產(chǎn)量低、工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高，且產(chǎn)品粒度太細(xì)較易團(tuán)聚，難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。國(guó)內(nèi)主要利用天然水晶加工制備高純石英砂，但生產(chǎn)的高純石英砂為中低檔，國(guó)內(nèi)天然水晶資源儲(chǔ)量?jī)H為0.47億t，且經(jīng)過(guò)30多年的開(kāi)采，已逐漸枯竭，不能滿足高純石英砂日益增長(zhǎng)的需求；以脈石英、石英巖和石英砂巖等石英礦物替代水晶生產(chǎn)高純石英砂是未來(lái)的主要研究方向。

1、石英原礦

1.1 礦物類(lèi)型

水晶曾是主要的高純石英制備原料，隨著天然水晶資源的枯竭及高純石英砂日益增長(zhǎng)的需求，以石英礦石代替水晶生產(chǎn)高純石英砂的技術(shù)越來(lái)越重要。根據(jù)不同成礦特性和理化特性，石英礦物可分為巖漿巖型、變質(zhì)型、熱液型、沉積型；對(duì)應(yīng)的石英巖分別為花崗偉晶巖、脈石英巖、石英巖和石英砂巖，石英礦物類(lèi)型和特點(diǎn)如表1所示。其中，花崗偉晶巖和脈石英中的石英晶粒結(jié)晶粒度粗，易于單體解離，是替代天然水晶作為加工高純石英中的理想原料；尤其花崗偉晶巖，雖然其石英含量?jī)H30%左右，但石英晶粒很粗（d＞5mm），磨礦后與脈石全部解離，且單體石英雜質(zhì)含量很少。美國(guó)Unimin公司就是以花崗偉晶巖為原料生產(chǎn)高純石英，其花崗偉晶巖資源豐富，礦石性質(zhì)穩(wěn)定，以致幾乎壟斷著國(guó)際市場(chǎng)上4N8（SiO₂＞99.998%）及以上石英砂產(chǎn)品的生產(chǎn)。我國(guó)已探明的石英礦物包括23.1億t的石英巖，15.5億t石英砂巖，以及0.5億t脈石英，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)價(jià)值的大型花崗偉晶巖礦床。由于我國(guó)鮮明的石英資源特點(diǎn)，決定了利用脈石英、石英巖等品質(zhì)較差的石英原料制備高純石英是未來(lái)研究的主要方向。

表1 石英礦物類(lèi)型和特點(diǎn)

礦床類(lèi)型	石英巖類(lèi)型	特點(diǎn)	典型礦床
巖漿巖型	花崗偉晶巖	石英含量30%左右，結(jié)晶粒度粗，單體石英雜質(zhì)含量很少	美國(guó)北卡羅來(lái)那州
熱液型	脈石英巖	石英含量大于99%，含有少量鐵礦物	湖北蘄春，江蘇東海
變質(zhì)型	石英巖	石英含量在95%-99%，含有少量黏土、長(zhǎng)石及鐵礦物	安徽鳳陽(yáng)，遼寧本溪
沉積型	石英砂巖	石英含量＞95%，含有長(zhǎng)石、云母、硅質(zhì)黏土及金紅石、鐵礦物等	江蘇蘇州，云南昆明

1.2 石英雜質(zhì)分析

天然石英礦物根據(jù)伴生雜質(zhì)大小、分布、存在形式等特性可分為3類(lèi)：脈石礦物雜質(zhì)、包裹體雜質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)雜質(zhì)。常見(jiàn)的伴生礦物雜質(zhì)主要有長(zhǎng)石、云母、金紅石、方解石、螢石、赤鐵礦、黃鐵礦和黏土礦物等。主要的雜質(zhì)元素有Al、Fe、Ca、Mg、Li、Na、K、Ti、B、H，雜質(zhì)元素可能的賦存狀態(tài)和存在形式如表2所示。其中，Al和Fe是石英中危害較大的雜質(zhì)，不僅能以伴生雜質(zhì)礦物的形式存在，Al³⁺和Fe³⁺還易替代石英晶格中的Si⁴⁺，形成新的鋁氧四面體和鐵氧四面體，同時(shí)造成晶格內(nèi)部電荷缺陷而引入K⁺、Na⁺、Li⁺、H⁺等電荷補(bǔ)償雜質(zhì)。Al和Fe雜質(zhì)相對(duì)易于檢測(cè)，一般Al、Fe含量高，其他雜質(zhì)的含量也高，是石英品質(zhì)非常重要的指標(biāo)。

表2 石英雜質(zhì)元素的賦存狀態(tài)和存在形式

元素	賦存狀態(tài)	存在形式
Al	獨(dú)立礦物、類(lèi)質(zhì)同象	黏土類(lèi)礦物；Al3+替換晶格Si4+
Fe	獨(dú)立礦物、類(lèi)質(zhì)同象、包裹體	赤、黃鐵礦等；Fe3+替換晶格Si4+；（亞）微米包裹體
Cu	獨(dú)立礦物、包裹體	方解石、螢石等；包裹體中的Ca2+
Mg	獨(dú)立礦物、包裹體	白云石、云母等；包裹體中的Mg2+
K	獨(dú)立礦物、類(lèi)質(zhì)同象、包裹體	鉀長(zhǎng)石、黏土礦等；電荷補(bǔ)償雜質(zhì)；包裹體中的K+
Li	類(lèi)質(zhì)同象、包裹體	電荷補(bǔ)償雜質(zhì)；包裹體中Li+
Na	獨(dú)立礦物、類(lèi)質(zhì)同象、包裹體	鈉長(zhǎng)石、云母等；電荷補(bǔ)償雜質(zhì)；包裹體中Na+
Ti	獨(dú)立礦物、類(lèi)質(zhì)同象	金紅石；Ti4+替換晶格中Si4+
B	類(lèi)質(zhì)同象	B3+替換晶格中Si4+
H	類(lèi)質(zhì)同象、包裹體	電荷補(bǔ)償雜質(zhì)；包裹體中的水、有機(jī)質(zhì)

通過(guò)常規(guī)物理、化學(xué)選礦手段能夠有效去除伴生脈石礦物，高溫煅燒可以破壞包裹體的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)反復(fù)強(qiáng)化酸浸、堿浸，能夠明顯降低雜質(zhì)含量。包裹體中的雜質(zhì)種類(lèi)一般很多，圖1為一個(gè)亞微米（約0.25μm）的包裹體示意圖。

但是石英晶格中的雜質(zhì)難以去除，晶格中雜質(zhì)往往成為高純石英砂加工過(guò)程中難以突破的瓶頸。晶格中雜質(zhì)的存在形式很多，常見(jiàn)存在雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)有以下幾種。

（1）Al³⁺、Fe³⁺、B³⁺替代Si⁴⁺。正三價(jià)的Al³⁺、Fe³⁺、B³⁺替代石英晶格中的Si⁴⁺，形成鋁氧、鐵氧和硼鐵氧四面體，由K⁺、Na⁺、Li⁺離子進(jìn)入晶格，平衡電荷的缺失。這種雜質(zhì)構(gòu)型可以描述為如下反應(yīng)方程式和圖2。

Al³⁺（Fe³⁺，B³⁺）+K⁺（Na⁺，Li⁺）→Si⁴⁺

（2）Ti⁴⁺、Ge⁴⁺替代Si⁴⁺。正四價(jià)Ti⁴⁺、Ge⁴⁺等價(jià)替代石英晶格中的Si⁴⁺，形成鈦氧、鍺氧四面體。雜質(zhì)構(gòu)型可以描述為如下反應(yīng)方程式和圖3。

Ti⁴⁺（Ge⁴⁺）→Si⁴⁺

（3）Al³⁺和P⁵⁺耦合替代Si⁴⁺。正三價(jià)的Al³⁺和相鄰的正五價(jià)的P⁵⁺耦合，P⁵⁺離子的多余正電荷補(bǔ)償Al³⁺離子的電荷空缺，從而替代兩個(gè)相鄰的Si⁴⁺，局部形成相鄰的磷氧四面體和鋁氧四面體。雜質(zhì)構(gòu)型可以描述為如下反應(yīng)方程式和圖4。

Al³⁺+P⁵⁺→Si⁴⁺+Si⁴⁺

（4）H⁺替代Si⁴⁺。4個(gè)H⁺替代Si⁴⁺，在石英晶體中間形成一個(gè)局部的雜質(zhì)缺陷點(diǎn)。雜質(zhì)構(gòu)型可以描述為如下反應(yīng)方程式和圖5。

4H⁺→Si⁴⁺

高純石英加工要求是幾乎不含Al、Fe、B、Ca、Mg、K、Na等雜質(zhì)元素，總雜質(zhì)含量不超過(guò)0.005%，因此，高純石英砂選擇制備原料的時(shí)候就應(yīng)盡可能避免含包裹體雜質(zhì)和大量晶格缺陷的原料，并在后續(xù)工藝中不僅要分離出所有的伴生脈石，還要除盡晶格中及包裹體中的雜質(zhì)。

2、加工工序

高純石英的加工工序是指除去石英原礦中伴生脈石、包裹體雜質(zhì)及晶體結(jié)構(gòu)雜質(zhì)的作業(yè)過(guò)程，通常包括煅燒、水淬、磨礦、分級(jí)、水洗脫泥、擦洗、電選、磁選、浮選、酸浸、堿浸、高溫（氣氛）焙燒等工序。根據(jù)加工目的不同將其分為選前準(zhǔn)備作業(yè)、預(yù)先選別作業(yè)、礦物分選作業(yè)及深度提純作業(yè)4個(gè)階段，如表3所示。

表3 高純石英砂加工工序的類(lèi)型

作業(yè)階段	加工工序	目的
選前準(zhǔn)備	煅燒、水淬、碎磨、分級(jí)	石英充分單體解離，并控制產(chǎn)品的粒度范圍
預(yù)先選別	水洗、脫泥、擦洗	脫除泥質(zhì)黏土礦物，及石英砂表面的薄膜鐵、粘結(jié)及泥性雜質(zhì)礦物
礦物分選	電選、重選、磁選、浮選	根據(jù)石英與伴生脈石礦物間物理、化學(xué)特性的差異，進(jìn)行分離與分選
深度提純	酸浸、堿浸、絡(luò)合處理、高溫（氣氛）焙燒	去除包裹體、石英晶體結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)

（1）選前準(zhǔn)備。對(duì)入磨前的石英進(jìn)行1000℃左右的煅燒并水淬，高溫煅燒下，石英與脈石發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。雜質(zhì)與石英的膨脹率不同，在水淬的作用下，溫度急劇下降，顆粒內(nèi)部產(chǎn)生大量裂紋。裂紋通常產(chǎn)生在石英與脈石的交界處、包裹體處及晶體結(jié)構(gòu)缺陷處。破碎磨礦后包裹體雜質(zhì)易暴露在石英礦粒表面，強(qiáng)化石英與脈石礦物單體解離的效果。

（2）預(yù)先選別。石英原礦磨礦過(guò)程中部分易泥化礦物形成微細(xì)粒的礦泥，會(huì)對(duì)后續(xù)選別造成不利影響。通過(guò)預(yù)先水洗、脫泥能夠有效脫除黏土性礦物，且除雜效果顯著。例如，江蘇宿遷馬陵山礦石英砂選前原礦SiO₂含量為78.39%、Al₂O₃含量為11.28%，進(jìn)行水洗、分級(jí)脫泥后，SiO₂品位上升到86.36%，Al₂O₃含量降低至6.79%。擦洗是借助機(jī)械力和砂粒間的磨剝力來(lái)除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結(jié)物及泥性雜質(zhì)礦物和進(jìn)一步擦碎未成單體的礦物集合體，主要有機(jī)械擦洗、棒磨擦洗和超聲波擦洗等方法。有人對(duì)四川江津SiO₂含量為85.40%、Fe₂O₃含量為0.63%的石英砂巖礦采用高強(qiáng)機(jī)械擦洗，取得了Fe₂O₃含量為0.16%、SiO₂含量為97.40%的擦洗提純精礦。

（3）礦物分選。磁選和浮選是分離石英砂與伴生脈石常用的工序。通過(guò)多段弱磁—強(qiáng)磁選去除赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、鈦鐵礦、黑云母等磁性雜質(zhì)礦物，也可除去帶有磁性礦物的包裹體和連生體。浮選能有效除去石英砂中的長(zhǎng)石、云母等非磁性伴生雜質(zhì)礦物，是石英常規(guī)選礦中重要的工藝，也是難把控的一道工序。長(zhǎng)石和云母等硅酸鹽礦物是鋁雜質(zhì)的主要來(lái)源，在酸和堿中的可溶性都很差；浮選分離若不完全，直接影響產(chǎn)品中Al、Fe等雜質(zhì)的含量。常見(jiàn)的石英、云母和長(zhǎng)石的浮選流程如圖6所示，其中云母等硅酸鹽與石英零電點(diǎn)差異較大，相對(duì)容易分離。長(zhǎng)石和石英的零電點(diǎn)非常相近，分離困難，通常加入氫氟酸活化長(zhǎng)石，并在pH=2-3左右時(shí)石英和長(zhǎng)石分離效果較好；雖然也有使用硫酸代替氫氟酸，并采用陰陽(yáng)離子捕收劑浮選長(zhǎng)石的報(bào)道，但不適合高純石英砂的提純。

（4）深度提純。僅通過(guò)常規(guī)選礦方法不能去除包裹體及晶格中雜質(zhì)，不能得到高純石英砂。通過(guò)添加氯氣、HCl，在800-1600℃條件下高溫焙燒，包裹體受熱急劇膨脹、破裂，使其中的雜質(zhì)暴露至表面。在此過(guò)程中，雜質(zhì)伴隨石英晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程遷移至石英表面；或者在高溫氣氛（如HCl）的作用下，與晶格中的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使得雜質(zhì)轉(zhuǎn)移至石英表面，然后通過(guò)化學(xué)浸出使雜質(zhì)脫除。

3、現(xiàn)行技術(shù)工藝

美國(guó)Unimin公司以Spruce Pine地區(qū)花崗偉晶巖為原料，通過(guò)化學(xué)提純?nèi)コ齃i、K、Na和Fe等雜質(zhì)，生產(chǎn)雜質(zhì)含量小于0.0008%，SiO₂含量大于99.999%的超純石英砂，且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；并申請(qǐng)了一項(xiàng)關(guān)于IO-TA-8的專(zhuān)利，但是由于技術(shù)壟斷封鎖，其具體生產(chǎn)工藝和參數(shù)無(wú)法獲取。目前，國(guó)際市場(chǎng)上僅有美國(guó)Uni-min公司生產(chǎn)的IO-TA-8產(chǎn)品為超純石英砂。

高純石英砂為雜質(zhì)含量為0.0008%-0.005%，SiO₂含量為99.995%-99.999%的石英砂，依然是僅有幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家可以生產(chǎn)，中國(guó)僅有太平洋石英公司、凱達(dá)石英公司等為數(shù)不多的企業(yè)，且通過(guò)水晶為原料生產(chǎn)。由于技術(shù)封鎖，高純石英生產(chǎn)廠家，尤其國(guó)外相關(guān)企業(yè)的技術(shù)和工藝細(xì)節(jié)報(bào)道非常少見(jiàn)。原則上是通過(guò)煅燒-水淬-磨礦分級(jí)-擦洗-重選-磁選-浮選-氯化焙燒-化學(xué)酸浸聯(lián)合工藝處理脈石英、偉晶花崗巖生產(chǎn)高純石英。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)能生產(chǎn)的高純石英砂主要是雜質(zhì)含量0.03%-0.005%，SiO2含量為99.97%-99.995%的中低檔高純石英砂。

有人對(duì)攀枝花地區(qū)某SiO₂含量98.97%、Fe2O3含量0.09%的石英巖，在實(shí)驗(yàn)室中采用碎磨-分級(jí)-磁選-浮選-酸浸工藝進(jìn)行提純，獲得SiO₂含量為99.99%、雜質(zhì)Fe₂O₃含量為0.0003%的-80目高純石英砂。

對(duì)天然脈石英礦石用人工精選去雜、精洗，嚴(yán)格把控原料質(zhì)量，使原料SiO₂含量大于99%、Al₂O₃含量小于0.009%、燒失量小于0.15%，且潔白無(wú)可見(jiàn)雜質(zhì)，然后經(jīng)過(guò)水洗-破碎-煅燒-水淬-細(xì)磨-強(qiáng)磁選-酸浸-水洗工藝，在實(shí)驗(yàn)室制備出SiO₂含量大于99.99%的石英砂。

對(duì)云南某地石英砂巖采用加藥、擦洗-分級(jí)-脫泥-酸浸工藝提純，在原礦SiO₂含量98.78%，F(xiàn)e₂O₃含量0.26%、Al₂O₃含量0.37%時(shí)，提純后SiO₂含量達(dá)到99.98%，雜質(zhì)Fe₂O₃和Al₂O₃含量分別為0.001%和0.02%，達(dá)到一般高純石英砂的要求。

蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計(jì)研究院采用破碎-電選-超細(xì)粉碎-強(qiáng)磁選-微波處理-絡(luò)合處理-水洗工藝，處理SiO₂含量為99.5%-99.8%，雜質(zhì)含量為0.5%-0.2%的江西上饒西坑石英礦，得到SiO₂含量大于99.98%，雜質(zhì)Al₂O₃和Fe₂O₃的含量分別為0.004%、0.001%的低級(jí)高純石英砂。

通過(guò)加入煅燒和水淬工序的新工藝（煅燒-水淬-粗碎-電選-超細(xì)粉碎-強(qiáng)磁選-微波處理-絡(luò)合處理-水洗工藝），處理SiO₂含量99.9%-99.5%，雜質(zhì)含量0.5-0.9%的山東萊蕪脈石英，可得到SiO₂含量大于99.99%，Al₂O₃含量不超過(guò)0.002%，F(xiàn)e₂O₃含量不超過(guò)0.001%的高純石英砂。

對(duì)一般工業(yè)用途的精制石英砂，盡可能選擇相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝流程可以降低選礦提純成本。推薦選用擦洗-脫泥-磁選工藝，即可滿足精砂的質(zhì)量要求。對(duì)作為高科技用砂的高純和超純石英砂，則需要進(jìn)一步采用浮選、酸浸、高溫（氣氛）焙燒等工藝對(duì)石英砂再次提純。高純和超純石英砂的質(zhì)量要求一般為SiO₂含量大于99.99%, Fe₂O₃含量小于0.001%，其提純過(guò)程不僅要嚴(yán)格控制選別條件，而且對(duì)相應(yīng)提純?cè)O(shè)備要求也比較嚴(yán)格，以防止二次污染。

采用天然石英巖制備高純石英砂。原料首先經(jīng)高壓水槍沖洗，挑選無(wú)可視雜質(zhì)的石英塊料，經(jīng)煅燒—水淬—粉碎分級(jí)—強(qiáng)磁選—浮選—水洗—高溫焙燒工藝，能使石英砂的雜質(zhì)總量控制在0.001%以?xún)?nèi)，SiO₂含量大于99.998%，但此研究?jī)H為實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)結(jié)果。

采用SiO₂含量在90%以上、羥基含量在0.035%以上的石英礦石為原料，經(jīng)人工水洗、脫泥、分揀，然后采用破碎—酸浸—細(xì)碎—電選—熱壓酸浸—浮選—高溫焙燒工藝，將羥基含量降低到0.0015%以下，制備出SiO₂含量大于99.99%的高純石英砂。有學(xué)者公布了一種制備高純石英砂的方法，通過(guò)粗碎—水洗—煅燒—水淬—磨礦—分級(jí)—強(qiáng)磁選—酸洗—（加硝酸鈉、氯化銨）焙燒浮選—磁選—氯化焙燒的復(fù)雜工藝，能夠?qū)⑹�英砂產(chǎn)品雜質(zhì)總量控制在0.001%以?xún)?nèi)，SiO₂含量達(dá)到99.999%以上。采用煅燒—水淬—粉碎—分級(jí)—熱壓酸洗—堿洗—浮選—氯化處理—高溫焙燒—磁選聯(lián)合工藝能將純度99.95%的石英砂純度提高到99.99%以上，雜質(zhì)總量控制在0.0016%以?xún)?nèi)。

安徽工業(yè)大學(xué)和安徽天賦生物科技有限公司28聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種碎磨—（加NaCl）高溫煅燒—淬火—浮選—酸浸—絡(luò)合處理—水洗聯(lián)合工藝，處理SiO₂含量99%左右的上等脈石英，得到SiO₃純度高于99.99%，雜質(zhì)總含量0.001%左右的石英砂。

4、面臨的問(wèn)題及未來(lái)研究方向

我國(guó)高純石英砂研究工作起步較晚,，90年代才開(kāi)始有學(xué)者研究，也取得了一定的成就，能夠加工生產(chǎn)部分中低檔高純石英砂；而國(guó)外美、日、歐等西方發(fā)達(dá)國(guó)家早在70年代就開(kāi)始研究，研發(fā)體系完備，技術(shù)成熟。早早壟斷市場(chǎng)，且進(jìn)行嚴(yán)格技術(shù)封鎖、出口限制。隨著高純石英砂市場(chǎng)需求的增加，突破高純石英砂加工技術(shù)困境也愈發(fā)重要。目前，高純石英砂生產(chǎn)急需解決以下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）加強(qiáng)地質(zhì)勘查工作，建立針對(duì)高純石英砂的勘探標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)至今尚未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模優(yōu)良石英礦床，高品質(zhì)的脈石英、石英巖多為伴生礦床，且儲(chǔ)量少，原礦性質(zhì)不穩(wěn)定，開(kāi)采后憑借手工挑選，很難實(shí)現(xiàn)原料的標(biāo)準(zhǔn)化供應(yīng)。而偉晶巖礦物雖然石英的含量低，但結(jié)晶粒度粗，且一般為超大型礦床，值得重視。我國(guó)新疆阿爾泰地區(qū)在長(zhǎng)達(dá)413km、寬60km的變質(zhì)巖區(qū)帶內(nèi)，有10多個(gè)偉晶巖密集區(qū)，雖然石英含量?jī)H20%左右，但結(jié)晶完好。已有學(xué)者正在研究阿爾泰地區(qū)偉晶巖與美國(guó)Spruce Pine地區(qū)用于生產(chǎn)高純石英的花崗偉晶巖特點(diǎn)，進(jìn)而評(píng)價(jià)阿爾泰地區(qū)偉晶巖生產(chǎn)高純石英砂的資源前景。

（2）缺乏高純石英的原料選擇與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以往研究認(rèn)為SiO₂含量99%左右的石英原料就能夠加工制備高純石英砂，并投人大量的人力、物力和時(shí)間，結(jié)果依然達(dá)不到高純石英砂的要求。高純石英砂原料不能僅以SiO₂含量為標(biāo)準(zhǔn)，需要結(jié)合石英的嵌布特性、結(jié)晶特性、包裹體含量及大小、雜質(zhì)離子的分布等性質(zhì)綜合考慮。

（3）基礎(chǔ)研究工作有待提高。一般的高純石英雜質(zhì)總含量較高不超過(guò)0.05%，雜質(zhì)含量很少。工藝礦物學(xué)的基礎(chǔ)研究不僅需要研究石英的賦存狀態(tài)，石英與脈石的嵌布特征，石英中微量雜質(zhì)的附存形式尤其重要，且技術(shù)難度高，包括雜質(zhì)的成分、礦物組成、包裹體形狀大小、類(lèi)質(zhì)同象等。此外，有關(guān)包裏體的破裂，及其中雜質(zhì)的浸出、脫除機(jī)理，以及加工過(guò)程中晶格雜質(zhì)位點(diǎn)（Al³⁺、Fe³⁺、P⁵⁺等）的晶格轉(zhuǎn)化、Li⁺、K⁺、Na⁺雜質(zhì)向石英表面置換遷移的過(guò)程和行為等微觀基礎(chǔ)研究幾乎未見(jiàn)報(bào)道。

（4）生產(chǎn)工藝不成熟，設(shè)備落后�，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)高純石英生產(chǎn)廠家規(guī)模均不大，類(lèi)似作坊式生產(chǎn)，沒(méi)有典型成熟的生產(chǎn)工藝。高純石英砂的產(chǎn)品要求決定了其生產(chǎn)過(guò)程對(duì)生產(chǎn)工藝和設(shè)備要求高，是一個(gè)精細(xì)加工行業(yè)，陶瓷球攪拌磨、高壓電脈沖破碎、新型磁選機(jī)以及電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）等設(shè)備應(yīng)該投入研究。生產(chǎn)工藝不能簡(jiǎn)單套用或者照搬傳統(tǒng)選礦工藝，通常酸浸被認(rèn)為是高純石英砂較為重要的工序，其實(shí)長(zhǎng)石、云母等硅酸鹽雜質(zhì)的酸溶性也很差，而浮選才是這類(lèi)雜質(zhì)礦物的有效脫除方式，因此浮選的要求需要有別于傳統(tǒng)選礦，需開(kāi)發(fā)選擇性強(qiáng)的硅酸鹽捕收劑，并探究適宜的藥劑制度，以除盡雜質(zhì)礦物，包括連生體。

（5）急需制定高純石英產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一的高純石英砂產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和類(lèi)別，甚至高純石英砂的概念也沒(méi)有比較統(tǒng)一的說(shuō)法。沒(méi)有明確的產(chǎn)品生產(chǎn)目標(biāo)，對(duì)高純石英砂的加工技術(shù)研究、生產(chǎn)和銷(xiāo)售是非常不利的。因此，非常有必要建立一套完善的高純石英產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

5、總結(jié)

高純石英已成為新能源、光導(dǎo)纖維、激光、信息技術(shù)、航空航天、微電子等高技術(shù)領(lǐng)域不可替代的關(guān)鍵原材料。隨著中國(guó)制造2025的不斷推進(jìn)，突破高純石英砂加工技術(shù)困境也愈發(fā)重要。本研究系統(tǒng)介紹了高純石英砂的資源特點(diǎn)，著重分析了石英礦中雜質(zhì)存在形式，及對(duì)應(yīng)的加工技術(shù)。在總結(jié)現(xiàn)行工藝的基礎(chǔ)上，闡述了高純石英砂加工行業(yè)目前存在的問(wèn)題及未來(lái)的發(fā)展建議，可以為高純石英砂的研究和生產(chǎn)提供幫助。