高纯石英砂资源及加工技术分析-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
高纯石英砂资源及加工技术分析
2019-03-11
高纯石英砂是微电子、光纤通信、航空航天等高新技术产业的基础原材料,战略地位非常重要。目前, 制备高纯石英砂主要通过化学合成、天然水晶加工及石英矿物深度提纯。其中,通过化学合成和天然水晶加工的制 备方法受原料、成本、产量等方面的制约,难以大规模工业应用;因此,通过石英矿物制备高纯石英砂的加工技术将 是未来的主要研究方向。然而,我国对以石英矿物为原料制备高纯石英砂的相关研究起步晚、研究少,技术被欧美 发达国家长期垄断,市场大量依靠进口。从原料分析出发,对比了用于制备高纯石英砂的石英原矿的矿物特性,得 出花岗伟晶岩和脉石英是制备高纯石英砂的最理想原料。系统分析了石英原矿中的伴生脉石矿物类型以及Al、...
Series No. 512 February 2019 金 属 METAL MINE 矿 山 总第 512 期 2019 年第 2 期 高纯石英砂资源及加工技术分析 1 ,2 1,2 1,2 3 1,2 李艳军 郭文达 韩跃新 朱一民 刘清侠 ( 1. 东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳110819;2. 朝阳东大矿冶研究院,辽宁 朝阳 122606; 3 . 阿尔伯塔大学,阿尔伯塔 埃德蒙顿 T6G1H9) 摘 要 高纯石英砂是微电子、光纤通信、航空航天等高新技术产业的基础原材料,战略地位非常重要。目前, 制备高纯石英砂主要通过化学合成、天然水晶加工及石英矿物深度提纯。其中,通过化学合成和天然水晶加工的制 备方法受原料、成本、产量等方面的制约,难以大规模工业应用;因此,通过石英矿物制备高纯石英砂的加工技术将 是未来的主要研究方向。然而,我国对以石英矿物为原料制备高纯石英砂的相关研究起步晚、研究少,技术被欧美 发达国家长期垄断,市场大量依靠进口。从原料分析出发,对比了用于制备高纯石英砂的石英原矿的矿物特性,得 出花岗伟晶岩和脉石英是制备高纯石英砂的最理想原料。系统分析了石英原矿中的伴生脉石矿物类型以及 Al、Fe、 Ca、K 等常见杂质元素的存在形式和附存状态,并着重分析了晶格杂质和包裹体杂质的晶体构型,指出了晶格杂质 难以脱除是制约高纯石英砂品质的主要原因。从矿物加工专业角度,并依据不同的加工目的将现行的高纯石英砂 加工技术分成 4 个大类,对各类生产工艺状况进行了详细的分析概括,指出了现行工艺技术的不足以及与国际先进 技术水平间的差距。在此基础上提出,目前高纯石英砂生产和研究中存在的问题及未来的研究方向,为今后相关研 究提供理论指导。 关键词 高纯石英砂 提纯 原料 花岗伟晶岩 脉石英 工艺技术 + 中图分类号 TD973 .3 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2019)-02-022-07 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201902004 Analysis of High-purity Quartz Sand Resources and It’s Processing Technologies 1,2 1,2 1,2 3 Liu Qingxia Li Yanjun 1,22 Guo Wenda Han Yuexin Zhu Yimin (1. School of Resources and Civil Engineering ,Northeastern University,Shenyang 110819,China;2. Chaoyang NEU Mineral and Metallurgy Institute,Chaoyang 122606,China;3. University of Alberta,Edmonton T6G1H9,Canada) Abstract High-purity quartz sand is the basic raw material for high-tech industries such as microelectronics,optical fi⁃ ber communication,and aerospace,having an important strategic position in the development of the national economy. At present,the preparation of high-purity quartz sand can be through chemical synthesis,natural crystal processing and deep pu⁃ rification of quartz minerals. Among them,the preparation method by chemical synthesis and natural crystal processing is re⁃ stricted by raw materials,cost,yield,and so on,which are difficult to be industrially applied in large scale.Therefore,pre⁃ paring high-purity quartz sand through quartz mineralswill be the main research direction in the future. However,the related researches in China were started late and insufficient. The technologies were monopolized by developed countries for a long time. So,the high-purity quartz sand market ofour country is heavily dependent on imports. Based on the analysis of raw mate⁃ rials,this paper compares the mineral properties of different quartz ores used to prepare high-purity quartz sand are compre⁃ hensively compared. It is concluded that granitic pegmatite and vein quartz are the most ideal raw materials for the preparation of pure quartz sand. The types of accompanying gangues and the existing and attached states of common impurity elements such as Al,Fe,Ca and K in quartz minerals are systematically analyzed,especially the lattice impurities and inclusion impuri⁃ ties. It is pointed out that the lattice impurities difficult to be removedis the main factor restricting the quality of high purity quartz sand.From the perspective of mineral processing,the current high-purity quartz sand processing technologiesare divid⁃ ed into four categories according to the different processing purposes.Moreover,the production process status are summarized andanalysised in detail,which highlights the shortcomings of current craftsmanship and the gap with international advanced 收稿日期 2018-11-05 基金项目 国家自然科学基金项目(编号:51774069,51474055)。 作者简介 郭文达(1991—),男,博士研究生。通讯作者 朱一民(1964—),女,教授。 · 22 · 郭文达等:高纯石英砂资源及加工技术分析 2019年第2期 technology.On this basis,the problems existing in the production and the future research directions of high-purity quartz san⁃ dare proposed,which provide some theoretical guidance for the related research in the future. Keywords High-purity quartz sand,Purification,Materials,Granitic pegmatite,Vein quartz,Technologies and processes 石英砂根据其纯度可以分成普通石英砂和高纯 石英砂。普通工业石英砂是指 SiO 的含量在 96%~ 9%,杂质 Fe 含量小于 0.5%、Al 含量小于 2.0% 资源储量仅为 0.47 亿 t,且经过 30 多年的开采,已逐 渐枯竭,不能满足高纯石英砂日益增长的需求;以脉 石英、石英岩和石英砂岩等石英矿物替代水晶生产 高纯石英砂是未来的主要研究方向。 2 9 O 2 3 2 3 O [1] 的石英砂 。普通工业石英砂主要的应用领域有玻 璃制品、陶瓷制品、机械铸造、水泥制品、耐火材料 等。其制备简单,只需对原矿进行分级或者采用简 单的选矿工艺就能达到要求,中国生产的石英砂大 1 石英原矿 1. 1 矿物类型 水晶曾是主要的高纯石英制备原料,随着天然 水晶资源的枯竭及高纯石英砂日益增长的需求,以 石英矿石代替水晶生产高纯石英砂的技术越来越重 要。根据不同成矿特性和理化特性,石英矿物可分 为岩浆岩型、变质型、热液型、沉积型;对应的石英岩 分别为花岗伟晶岩、脉石英岩、石英岩和石英砂岩, 2 部分应用在了这些领域。高纯石英砂是指 SiO 含量 大于 99.95%、Fe 含量小于 0.000 1%、Al 含量小 2 O 3 2 3 O [ 2-3] 于 0.01%的石英砂 。高纯石英砂主要应用在高新 技术产业,如航空航天、生物工程、高频率技术、电子 [ 3] 技术、光纤通信和军工等领域 。高纯石英砂的战 略地位非常重要,制备技术长期被美国、德国和日本 等国家垄断,并严格限制技术和产品的出口。我国 高纯石英砂的研究从 20 世纪 90 年代开始,起步较 晚,虽然取得了一定的成绩,但仅能制备部分中、低 档高纯石英砂。高纯石英砂市场大量依靠进口,据 [ 1,6,8] 石英矿物类型和特点如表1所示 。其中,花岗伟 晶岩和脉石英中的石英晶粒结晶粒度粗,易于单体 解离,是替代天然水晶作为加工高纯石英中端和高 端产品的理想原料;尤其花岗伟晶岩,虽然其石英含 量仅30%左右,但石英晶粒极粗(d>5 mm),磨矿后与 [ 4] [9] 脉石完全解离,且单体石英杂质含量极少 。美国 最新统计数据显示 :2017 年我国出口中、低纯石英 砂 80 万 t,出口金额 6237万美元,但进口高纯石英砂 Unimin 公司就是以花岗伟晶岩为原料生产高纯石 英,其花岗伟晶岩资源丰富,矿石性质稳定,以致几 乎垄断着国际市场上 4N8(SiO2 >99.998%)及以上高 28万t,进口金额超过1.2亿美元。 目前,制备高纯石英砂的方法主要分为 3 大类: [ 10] 用含硅化合物(如SiCl 4 、CH 3 SiCl 3 和Na 2 SiO 3 等)化学合 [5-6] 端石英砂产品的生产 。我国已探明的石英矿物 成;天然水晶粉磨加工;石英矿物深度提纯 。化学 合成法的原料成本高、能耗大、产量低、工艺复杂、设 备要求高,且产品粒度太细极易团聚,难以大规模工 包括 23.1 亿 t 的石英岩,15.5 亿 t 石英砂岩,以及 0.5 [11] 亿 t 脉石英 ,没有发现具有工业价值的大型花岗伟 晶岩矿床。由于我国鲜明的石英资源特点,决定了 利用脉石英、石英岩等品质较差的石英原料制备高 纯石英是未来研究的主要方向。 [7] 业应用 。国内主要利用天然水晶加工制备高纯石 英砂,但生产的高纯石英砂为中低档,国内天然水晶 [ 11] 3+ 3+ 1 . 2 石英杂质分析 天然石英矿物根据伴生杂质大小、分布、存在形 质 ,不仅能以伴生杂质矿物的形式存在,Al 和Fe 4 + 还易替代石英晶格中的 Si ,形成新的铝氧四面体和 + 式等特性可分为3类:脉石矿物杂质、包裹体杂质、晶 体结构杂质。常见的伴生矿物杂质主要有长石、云 母、金红石、方解石、萤石、赤铁矿、黄铁矿和黏土矿 铁氧四面体,同时造成晶格内部电荷缺陷而引入 K 、 + + + Na 、Li 、H 等电荷补偿杂质。Al 和 Fe 杂质相对易于 检测,一般Al、Fe含量高,其他杂质的含量也高,是石 英品质非常重要的指标。 [11] 物等 。主要的杂质元素有Al、Fe、Ca、Mg、Li、Na、K、 Ti、B、H,杂质元素可能的赋存状态和存在形式如表2 通过常规物理、化学选矿手段能够有效去除伴 生脉石矿物,高温煅烧可以破坏包裹体的结构,经过 [2,11,12,13] 所示 。其中,Al 和 Fe 是石英中危害最大的杂 · 23 · 总第512期 金 属 矿 山 2019年第2期 反复强化酸浸、碱浸,能够显著降低杂质含量。包裹 体中的杂质种类一般很多,图 1 为一个亚微米(约 [ 14] 0 .25 μm)的包裹体示意图 。 3 + 5+ 4+[15] 3+ ( 3)Al 和P 耦合替代Si 。正三价的Al 和相 5 + 5+ 3+ 邻的正五价的P 耦合,P 离子的多余正电荷补偿Al 但是石英晶格中的杂质难以去除,晶格中杂质 4 + 离子的电荷空缺,从而替代两个相邻的Si ,局部形成 相邻的磷氧四面体和铝氧四面体。杂质构型可以描 述为如下反应方程式和图4。 往往成为高纯石英砂加工过程中难以突破的最终瓶 颈。晶格中杂质的存在形式很多,常见存在杂质的 结构有以下几种。 3 + 5+ 4+ 4+ 3 + 3+ 3+ 4+[13] 3+ 3+ Al +P →Si +Si ( 1)Al 、Fe 、B 替代Si 。正三价的Al 、Fe 、 3 + 4+ B 替代石英晶格中的Si ,形成铝氧、铁氧和硼铁氧四 + + + 面体,由K 、Na 、Li 离子进入晶格,平衡电荷的缺失。 这种杂质构型可以描述为如下反应方程式和图2。 3 + 3+ 3+ + + + 4+ Al (Fe ,B )+K(Na ,Li)→Si + 4+[16] + 4+ 。4 个 H 替代 Si ,在石英晶体 ( 4)H 替代 Si 中间形成一个局部的杂质缺陷点。杂质构型可以描 述为如下反应方程式和图5。 + 4H →Si 4+ 4 + 4+ 4+[11-12] 4+ 4+ ( 2)Ti 、Ge 替代 Si 。正四价 Ti 、Ge 等价 高纯石英加工要求是几乎不含Al、Fe、B、Ca、Mg、 4 + [17] 替代石英晶格中的Si ,形成钛氧、锗氧四面体。杂质 K、Na 等杂质元素,总杂质含量不超过 0.005% ,因 构型可以描述为如下反应方程式和图3。 此,高纯石英砂选择制备原料的时候就应尽可能避 免含包裹体杂质和大量晶格缺陷的原料,并在后续 4+ 4+ 4+ Ti (Ge )→Si · 24 · 郭文达等:高纯石英砂资源及加工技术分析 2019年第2期 86.36%,Al O 2 3 含量降低至6.79%。擦洗是借助机械力 和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜铁、粘 结物及泥性杂质矿物和进一步擦碎未成单体的矿物 集合体,主要有机械擦洗、棒磨擦洗和超声波擦洗等 [ 18] 方法。牛福生 对四川江津 SiO Fe 含量为0.63%的石英砂岩矿采用高强机械擦洗, 取得了 Fe 含量为 0.16%、SiO 含量为 97.40%的擦 洗提纯精矿。 3)矿物分选。磁选和浮选是分离石英砂与伴 2 含量为 85.40%、 2 O 3 O 2 3 2 ( 生脉石最常用的工序。通过多段弱磁—强磁选去除 赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、钛铁矿、黑云母等磁性杂质 矿物,也可除去带有磁性矿物的包裹体和连生体。 浮选能有效除去石英砂中的长石、云母等非磁性伴 生杂质矿物,是石英常规选矿中最重要的工艺,也是 最难把控的一道工序。长石和云母等硅酸盐矿物是 铝杂质的主要来源,在酸和碱中的可溶性都很差;浮 选分离若不完全,直接影响产品中Al、Fe等杂质的含 量。常见的石英、云母和长石的浮选流程如图 6 所 示,其中云母等硅酸盐与石英零电点差异较大,相对 容易分离。长石和石英的零电点非常相近,分离困 难,通常加入氢氟酸活化长石,并在 pH=2~3 左右时 石英和长石分离效果最好;虽然也有使用硫酸代替 工艺中不仅要分离出所有的伴生脉石,还要除尽晶 格中及包裹体中的杂质。 2 加工工序 高纯石英的加工工序是指除去石英原矿中伴生 脉石、包裹体杂质及晶体结构杂质的作业过程,通常 包括煅烧、水淬、磨矿、分级、水洗脱泥、擦洗、电选、 [ 6-8] 磁选、浮选、酸浸、碱浸、高温(气氛)焙烧等工序 。 根据加工目的不同将其分为选前准备作业、预先选 别作业、矿物分选作业及深度提纯作业 4 个阶段,如 表3所示。 [1,11] 氢氟酸 ,并采用阴阳离子捕收剂浮选长石的报 道,但不适合高纯石英砂的提纯。 (1)选前准备。对入磨前的石英进行 1 000 ℃左 右的煅烧并水淬,高温煅烧下,石英与脉石发生晶型 转变。杂质与石英的膨胀率不同,在水淬的作用下, 温度急剧下降,颗粒内部产生大量裂纹。裂纹通常 产生在石英与脉石的交界处、包裹体处及晶体结构 缺陷处。破碎磨矿后包裹体杂质易暴露在石英矿粒 表面,强化石英与脉石矿物单体解离的效果。 ( 4)深度提纯。仅通过常规选矿方法不能去除 包裹体及晶格中杂质,不能得到高纯石英砂。通过 添加氯气、HCl,在 800~1 600 ℃条件下高温焙烧,包 裹体受热急剧膨胀、破裂,使其中的杂质暴露至表 面。在此过程中,杂质伴随石英晶体结构转变过程 迁移至石英表面;或者在高温气氛(如 HCl)的作用 下,与晶格中的杂质发生反应,使得杂质转移至石英 表面,最后通过化学浸出使杂质脱除。 (2)预先选别。石英原矿磨矿过程中部分易泥 化矿物形成微细粒的矿泥,会对后续选别造成不利 影响。通过预先水洗、脱泥能够有效脱除黏土性矿 [18] 3 现行技术工艺 物,且除杂效果显著。例如 ,江苏宿迁马陵山矿石 英 砂 选 前 原 矿 SiO 含 量 为 78.39% 、Al 含 量 为 1.28%,进行水洗、分级脱泥后,SiO 品位上升到 美国Unimin公司以Spruce Pine 地区花岗伟晶岩 2 2 3 O 为原料,通过化学提纯去除Li、K、Na和Fe等杂质,生 1 2 2 产杂质含量小于 0.000 8%,SiO 含量大于 99.999%的 · 25 · 总第512期 金 属 矿 山 2019年第2期 超高纯石英砂,且实现产业化;并申请了一项关于IO- TA-8 的专利,但是由于技术垄断封锁其具体生产工 艺和参数无法获取。目前,国际市场上仅有美国Uni- 需要进一步采用浮选、酸浸、高温(气氛)焙烧等工艺 对石英砂再次提纯。高纯和超高纯石英砂的质量要 2 2 3 求 一 般 为 SiO 含 量 大 于 99.99% ,Fe O 含 量 小 于 [7,19] min公司生产的IOTA-8产品为超高纯石英砂 。 0.001%,其提纯过程不仅要严格控制选别条件,而且 对相应提纯设备要求也比较严格,以防止二次污染。 高纯石英砂为杂质含量为 0.000 8%~0.005%, 含量为 99.995%~99.999%的石英砂,依然是仅有 [ 24] SiO 2 连云港金瑞照明电器有限公司 采用天然石英 岩制备高纯石英砂。原料首先经高压水枪冲洗,挑 选无可视杂质的石英块料,经煅烧—水淬—粉碎分 级—强磁选—浮选—水洗—高温焙烧工艺,最终能 几个发达国家可以生产,中国仅有太平洋石英公司、 凯达石英公司等为数不多的企业,且通过水晶为原 [ 11] 料生产 。由于技术封锁,高纯石英生产厂家,尤其 国外相关企业的技术和工艺细节报道非常少见。原 则上是通过煅烧—水淬—磨矿分级—擦洗—重选— 磁选—浮选—氯化焙烧—化学酸浸联合工艺处理脉 石英、伟晶花岗岩生产高纯石英。目前国内企业能 生产的高纯石英砂主要是杂质含量 0.03%~0.005%, 使石英砂的杂质总量控制在0.001%以内,SiO 2 含量大 于99.998%,但此研究仅为实验室小型试验结果。连 [ 25] 2 云港市弘扬石英制品有限公司 采用 SiO 含量在 90%以上、羟基含量在 0.035%以上的石英矿石为原 料,经人工水洗、脱泥、分拣,然后采用破碎—酸浸— 细碎—电选—热压酸浸—浮选—高温焙烧工艺,将 2 SiO 含量为99.97%~99. 995%的中低档高纯石英砂。 [20] 田金星 对攀枝花地区某 SiO 含量0.09%的石英岩,在实验室中采用碎磨—分 级—磁选—浮选—酸浸工艺进行提纯,获得SiO 含量 为 99.99%、杂质 Fe 含量为 0.000 3%的-80 目高纯 石英砂。田辉明 对天然脉石英矿石用人工精选去 杂、精洗,严格把控原料质量,使原料 SiO 含量大于 9%、Al 含量小于0.009%、烧失量小于0.15%,且洁 白无可见杂质,然后经过水洗—破碎—煅烧—水淬 2 含量 98.97%、 2 羟基含量降低到0.001 5%以下,制备出SiO 含量大于 [26] Fe O 2 3 99.99%的高纯石英砂。蔡雅纯等 学者公布了一种 制备高纯石英砂的方法,通过粗碎—水洗—煅烧— 水淬—磨矿—分级—强磁选—酸洗—(加硝酸钠、氯 化铵)焙烧—浮选—磁选—氯化焙烧的复杂工艺,能 2 2 O 3 [ 21] 2 2 够将石英砂产品杂质总量控制在0.001%以内,SiO 含 量达到 99.999%以上。新沂市中大石英科技有限公 9 2 3 O [ 27] 司 采用煅烧—水淬—粉碎—分级—热压酸洗—碱 — 细磨—强磁选—酸浸—水洗工艺,在实验室制备 洗—浮选—氯化处理—高温焙烧—磁选联合工艺能 将纯度 99.95%的石英砂纯度提高到 99.99%以上,杂 质总量控制在 0.001 6%以内。安徽工业大学和安徽 [22] 出SiO 2 含量大于99.99%的石英砂。牛福生 等对云 南某地石英砂岩采用加药高效强力擦洗—分级—脱 泥—酸浸工艺提纯,在原矿SiO 含量98.78%、Fe 量 0.26%、Al 含量 0.37%时,提纯后 SiO 含量达到 9.98% ,杂 质 Fe 和 Al 含 量 分 别 为 0.001% 和 .02%,达到一般高纯石英砂的要求。苏州中材非金 [28] 2 O 2 3 含 天赋生物科技有限公司 联合开发了一种碎磨— (加NaCl)高温煅烧—淬火—浮选—酸浸—络合处理 O 2 3 2 9 2 O 3 O 2 3 —水洗联合工艺,处理SiO 2 含量99%左右的优质脉石 0 2 英,得到SiO 纯度高于99.99%,杂质总含量0.001%左 [23] 属矿工业设计研究院 采用破碎—电选—超细粉碎 强磁选—微波处理—络合处理—水洗工艺,处理 SiO 含量为 99.5%~99.8%,杂质含量为 0.5%~0.2%的 江西上饶西坑石英矿,得到SiO 含量大于99.98%,杂 质Al 和Fe 的含量分别为0.004%、0.001%的低级 高纯石英砂。通过加入煅烧和水淬工序的新工艺 煅烧—水淬—粗碎—电选—超细粉碎—强磁选— 微波处理—络合处理—水洗工艺),处理 SiO 含量 9.1%~99.5%,杂质含量 0.5~0.9%的山东莱芜脉石 英,可得到 SiO 含量大于 99.99%,Al 含量不超过 .002%,Fe 含量不超过0.001%的高纯石英砂。 对一般工业用途的精制石英砂,尽可能选择相 右的高档石英砂。 — 4 面临的问题及未来研究方向 2 我国高纯石英砂研究工作起步较晚,90 年代才 开始有学者研究,也取得了一定的成就,能够加工生 产部分中低档高纯石英砂;而国外美、日、欧等西方 发达国家早在70年代就开始研究,研发体系完备,技 2 O 2 3 2 3 O [ 29] ( 术成熟 。早早垄断高端市场,且进行严格技术封 锁、出口限制。随着高纯石英砂高端市场需求的增 加,突破高纯石英砂加工技术困境也愈发重要。目 前,高纯石英砂生产急需解决以下几个问题。 2 9 2 2 3 O 0 O 2 3 (1)加强地质勘查工作,建立针对高纯石英砂的 勘探标准。我国至今尚未发现大规模优质石英矿 床,高品质的脉石英、石英岩多为伴生矿床,且储量 少,原矿性质不稳定,开采后凭借手工挑选,很难实 现原料的标准化供应。而伟晶岩矿物虽然石英的含 对简单的工艺流程可以降低选矿提纯成本。推荐选 用擦洗—脱泥—磁选工艺,即可满足精砂的质量要 求。对作为高科技用砂的高纯和超高纯石英砂,则 · 26 · 郭文达等:高纯石英砂资源及加工技术分析 2019年第2期 量低,但结晶粒度粗,且一般为超大型矿床,值得重 视。我国新疆阿尔泰地区在长达413 km、宽60 km的 变质岩区带内,有10多个伟晶岩密集区,虽然石英含 量仅20%左右,但结晶完好。已有学者正在研究阿尔 泰地区伟晶岩与美国 Spruce Pine 地区用于生产高纯 5 总 结 高纯石英已成为新能源、光导纤维、激光、信息 技术、航空航天、微电子等高技术领域不可替代的关 键原材料。随着中国制造 2025 的不断推进,突破高 纯石英砂加工技术困境也愈发重要。本研究系统介 绍了高纯石英砂的资源特点,着重分析了石英矿中 杂质存在形式,及对应的加工技术。在总结现行工 艺的基础上,阐述了高纯石英砂加工行业目前存在 的问题及未来的发展建议,可以为高纯石英砂的研 究和生产提供帮助。 [ 9] 石英的花岗伟晶岩特点 ,进而评价阿尔泰地区伟晶 岩生产高纯石英砂的资源前景。 (2)缺乏高纯石英的原料选择与评价标准。以 2 往研究认为 SiO 含量 99%左右的石英原料就能够加 工制备高纯石英砂,并投入大量的人力、物力和时 间,结果依然达不到高纯石英砂的要求。高纯石英 参 考 文 献 2 砂原料不能仅以SiO 含量为标准,必须结合石英的嵌 布特性、结晶特性、包裹体含量及大小、杂质离子的 分布等性质综合考虑。 [ 1] 丁亚卓. 低品位石英矿提纯制备高纯度石英的研究[D].沈阳: 东北大学,2010. ( 3)基础研究工作有待提高。一般的高纯石英 Ding Yazhuo. Investigation on the Preparation of High Purity Quartz from Low Grade Silica[D]. Shenyang:Northeastern Univer⁃ sity,2010. 杂质总含量最高不超过0.05%,杂质含量很少。工艺 矿物学的基础研究不仅需要研究石英的赋存状态, 石英与脉石的嵌布特征,石英中微量杂质的附存形 式尤其重要,且技术难度高,包括杂质的成分、矿物 组成、包裹体形状大小、类质同象等。此外,有关包 裹体的破裂,及其中杂质的浸出、脱除机理,以及加 [ 2] Müller A,Wanvik J E,Ihlen P M. Petrological and chemical charac⁃ terisation of high-purity quartz deposits with examples from Norway [J]. Springer Geology,2012:71. [ 3] Konstantinos I V,George C,Nikolas P B.Market of high purity quartz innovative applications[J].Procedia Economics and Fi⁃ nance,2015,24:734. 3 + 3+ 5+ 工过程中晶格杂质位点(Al 、Fe 、P 等)的晶格转 + 化、Li 、K 、Na 杂质向石英表面置换迁移的过程和行 [ 4] 中国粉体技术网. 从进出口数据看中国石英与国外同行的差距 + + [OL].2018-02-26.http://www.cnpowdertech.com/2018/hqzxt_0226/ 24649.html. 为等微观基础研究几乎未见报道。 China Powder Technology Network.Looking at the gap between Chinese quartz and foreign counterparts from import andexport da⁃ ta[OL].2018- 02- 26. http://www.cnpowdertech.com /2018/hqzxt_ ( 4)生产工艺不成熟,设备落后。现阶段国内高 纯石英生产厂家规模均不大,类似作坊式生产,没有 典型成熟的生产工艺。高纯石英砂的产品要求决定 了其生产过程对生产工艺和设备要求高,是一个精 细加工行业,陶瓷球搅拌磨、高压电脉冲破碎、新型 高效磁选机以及电感耦合等离子体发射光谱法(ICP- OES)等设备应该投入研究。生产工艺不能简单套用 或者照搬传统选矿工艺,通常酸浸被认为是高纯石 英砂最为重要的工序,其实长石、云母等硅酸盐杂质 的酸溶性也很差,而浮选才是这类杂质矿物的有效 脱除方式,因此浮选的要求必须有别于传统选矿,需 开发选择性强的硅酸盐捕收剂,并探究适宜的药剂 制度,以除尽杂质矿物,包括连生体。 0 226/24649.html. [5] 聂兰舰,王玉芬,向在奎,等.高纯合成石英粉的研究现状与发展 趋势[J].电子元件与材料,2014,33(10):12. Nie Lanjian,Wang Yufen,Xiang Zaikui,et al.Research and devel⁃ opment of high-purity synthetic silica powder[J].Electronic Compo⁃ nents and Materials,2014,33(10):12. [6] 王泽杭.用硅石生产高纯石英粉的研究及工业应用[J].国外金 属矿选矿,1998(6):23. Wang Zehang.Research and industrial application of high purity quartz produced from silica[J]. Metallic Ore Dressing Abroad, 1 998(6):23. [7] 刘国库,张文军,马正先,等.硅石选矿提纯工艺研究现状[J].有 色矿冶,2007,23(6):26. Liu Guoku,Zhang Wenjun,Ma Zhengxian,et al.Present situation of researching on purifying silica by mineral processing[J]. Non-fer⁃ rous Mining and Metallurgy,2007,23(6):26. ( 5)急需制定高纯石英产品的质量标准。目前 国内还没有统一的高纯石英砂产品质量标准和类 别,甚至高纯石英砂的概念也没有比较统一的说 法。没有明确的产品生产目标,对高纯石英砂的加 工技术研究、生产和销售是非常不利的。因此,非常 有必要建立一套完善的高纯石英产品质量标准。 [8] 徐洪林.石英砂的工业利用及深加工技术[J]. 矿产保护与利用, 1992(1):21. Xu Honglin. Industrial utilization and deep processing technology of quartz sand[J]. Conservation and Utilization of Mineral Re⁃ sources,1992(1):21. · 27 · 总第512期 金 属 矿 山 2019年第2期 [9] 张 晔,陈培荣.美国Spruce Pine与新疆阿尔泰地区高纯石英伟 [21] 田辉明. 利用脉石英制备高纯超细硅微粉的方法 :中国, 201110247392.8[P]. 2011-08-26. 晶岩的对比研究[J]. 高校地质学报,2010,16(4):426. Zhang Ye,Chen Peirong. Characteristics of granitic pegmatite with High-purity quartz in Spruce Pine region,USA and Altay region of Xinjiang,China[J]. Geological Journal of China Universities, Tian Huimin. Method for preparing high-purity ultrafine silicon mi⁃ cropowder by using vein quartz:China,201110247392.8[P]. 2011- 08-26. 2 010,16(4):426. [22] 牛福生,倪 文. 高纯石英砂选矿提纯试验研究[J]. 中国矿业, 2004,13(6):57. [ 10] Platias S,Vatalis K I,Charalabidis G. Innovative processing tech⁃ niques for the production of a critical raw material the high purity Niu Fusheng,Ni Wen.Study on high-purity quartzite by mineral processing[J]. China Mining Magazine,2004,13(6):57. [23] 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司. 采用脉石英制备 超细高纯石英材料的方法:中国,200410014058.8[P]. 2004-02- 12. quartz[J]. Procedia Economics and Finance,2013(5):597-604. [ 11] 钟乐乐. 超高纯石英纯化制备及机理研究[D]. 武汉:武汉理工 大学,2015. Zhong Lele.Study on Purifing Preparation and Mechanism of Ul⁃ tra- pure Quartz[D]. Wuhan:Wuhan University of Technology, Suzhou Sinoma Non-Metallic Mining Industry Design and Research Institute Co.,Ltd. Method for preparing ultrafine high purity quartz material by using vein quartz:China,200410014058.8[P]. 2004- 02-12. 2 015. [ 12] Müller A,Wiedenbeck M,Van-Den-Kerkhof A M,et al. Trace ele⁃ ments in quartz- a combined electron microprobe,secondary ion mass spectrometry,laser- ablation ICP- MS,and cathodolumines⁃ cence study[J]. European Journal of Mineralogy,2003,15(4):747. [24] 连云港金瑞照明电器有限公司. 一种制备高纯石英砂的方法: 中国,201210080340.0[P]. 2012-03-25. [ 13] Dennen W H. Stoichiometric substitution in natural quartz[J].Geo⁃ Lianyungang Jinrui Lighting Appliance Co.,Ltd.Method for pre⁃ paring high-purity quartz sand:China,201210080340.0[P]. 2012- 03-25. chimica et Cosmochimica Acta,1966,30(12):1235. [14] Roedder E. Fluid Inclusions-Reviews in Mineralogy[M]. Washing⁃ ton:Mineralogical Society of America,1984:644. [25] 连云港市弘扬石英制品有限公司.一种以低品位石英矿为原料 生产高品质石英砂的方法:中国,201310384893.X[P]. 2013-08- 30. [ 15] Simpson D R. Aluminum phosphate variants in feldspars[J]. Amer⁃ ican Mineralogist,1977,62:351. [ 16] McLaren A C,Cook R F,Hyde S T,et al. The mechanism of the for⁃ mation and growth of water bubbles and associated dislocation loops in synthetic quartz[J]. Physics and Chemistry of Minerals, Lianyungang Hongyang Quartz Products Co.,Ltd. A method for producing high quality quartz sand with low grade quartz ore as raw material:China,201210080340.0[P]. 2012-03-25. [26] 蔡雅纯. 一种高纯石英砂的生产方法:中国,201210416253.8 [P]. 2012-10-26. 1 983,9(2):79. [17] Harben P. The Industrial Mineral Handybook—a Guide to Mar⁃ kets,Specifications and Prices[M]. Surrey K T:Industrial Minerals Information,2002:412. Cai Yachun. Production method of high-purity quartz sand:China, 201210416253.8[P]. 2012-10-26. [ 18] 牛福生,徐晓军,高建国,等. 石英砂选矿提纯工艺研究[J]. 云 [27] 新沂市中大石英科技有限公司. 一种高纯石英砂制备方法:中 国,201310343561.7[P]. 2013-08-09. 南冶金,2001,30(1):18. Niu Fusheng,Xu Xiaojun,Gao Jianguo,et al. Study on purifying quartzite by mineral processing[J]. Yunnan Metallurgy,2001,30 Xinyi Zhongda Quartz Technology Co.,Ltd. A preparation method of high-purity quartz sand:China,201310343561.7[P]. 2013-08- 09. (1):18. [ 19] 金达表,张兄明,邹蔚蔚. 高纯石英的加工工艺研究[J]. 中国非 [28] 安 徽 工 业 大 学. 一 种 制 备 高 纯 石 英 粉 的 方 法 :中 国 , 200810023283.6[P]. 2008-04-07. 金属矿工业导刊,2004(4):44. Jin Dabiao,Zhang Xiongming,Zou Weiwei. Research on process⁃ ing technology of high purity quartz[J]. China Non-Metallic Mining Industry Guide,2004(4):44. Anhui University of Technology.Method for preparing high-purity quartz powder:China,200810023283.6[P]. 2008-04-07. [29] 汪 灵,李彩侠,王 艳,等. 我国高纯石英加工技术现状与发 展建议[J]. 矿物岩石,2011,31(4):110. [ 20] 田金星. 高纯石英砂的提纯工艺研究[J]. 中国矿业,1999,8 ( 3):55. Wang Ling,Li Caixia,Wang Yan,et al. China technologies present of high-purity quartz processing and the development propositions [J]. Journal of Mineralogy and Petrology,2011,31(4):110. Tian Jinxing. Researches of extraction technology of high- grade quartz sand[J]. China Mining Magazine,1999,8(3):55. (责任编辑 王亚琴) · 28 ·
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号