高純石英礦物的制備，首先是礦源的選擇，探明高純度的礦源，判別其潛在利用價(jià)值；其次針對(duì)不同礦源的雜質(zhì)種類和賦存形態(tài)以及產(chǎn)品最終用途，選取不同的針對(duì)性處理工藝；最后檢驗(yàn)分析提純過后的雜質(zhì)含量是否達(dá)到要求。

針對(duì)石英礦與脈石礦物之間的物理或化學(xué)差異性選取合適的方法進(jìn)行分選，提純和選礦方法主要有：色選、重選、磁選、靜電分離、浮選、酸浸、熱氯化等。

1、石英原礦的選擇

我國(guó)石英原礦富含礦物雜質(zhì)、氣液包裹體和元素雜質(zhì)，而后兩者通過普通方法較難除去。所以根據(jù)原礦的外觀，晶體好壞，表面雜物、顏色、包裹體情況和透光率等，選取元素雜質(zhì)和包裹體雜質(zhì)較少的原礦是后續(xù)能否有效提純高純石英的基礎(chǔ)，只有高品位、大儲(chǔ)量，才能生產(chǎn)出高純、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的高純石英產(chǎn)品。

2、煅燒與水淬

煅燒、水淬有利于石英礦下一步的研磨礦物解離，能去除部分較大的氣液包裹體。

石英礦進(jìn)行高溫煅燒，在高溫下，石英晶型轉(zhuǎn)變發(fā)生較大的體積膨脹，573℃、870℃、1470℃為晶型轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度，由于雜質(zhì)與石英的膨脹率不同，利用急速的溫差變化致使石英礦產(chǎn)生大裂紋，裂紋往往產(chǎn)生在包裹體與石英基體的交界處，使雜質(zhì)充分暴露，也能去除部分的氣液包裹體，同時(shí)水淬處理后有利于進(jìn)一步的碎磨。

當(dāng)裂縫達(dá)到一定程度即形成破碎，破碎后包裹體雜質(zhì)易暴露在石英礦粒表面或者形成粒間解離。

3、粉碎及擦洗

粉碎是在機(jī)械力作用下減小礦物粒度的過程。不同行業(yè)中粉碎的目的不一，如陶瓷、水泥等行業(yè)僅要求一定的粒度組成。但在礦物加工行業(yè)中，粉碎的目的是要求礦物中共生的有用組分和無用組分能夠解離，有利于后續(xù)分選出精礦和尾礦。

標(biāo)準(zhǔn)的破碎和解離礦物的設(shè)備為顎式和圓錐破碎機(jī)，粗碎石英礦至厘米級(jí)并用擦洗設(shè)備去除礦物表面粘附的黏土及鐵的氧化物。

破碎與粉磨過程，由于石英礦相對(duì)較硬，與設(shè)備接觸摩擦頻繁，難免引入雜質(zhì)。高純石英粉碎過程為了解決上述問題，可替換的技術(shù)有：自磨和高壓脈沖粉碎技術(shù)。

自磨機(jī)以粉碎物料本身作為研磨介質(zhì)，能較大程度減少磨機(jī)介質(zhì)對(duì)物料的污染。

高壓脈沖粉碎是近年來已商業(yè)化的，一項(xiàng)針對(duì)礦物選擇性解離和高純加工領(lǐng)域的新技術(shù)。其利用高壓脈沖放電在礦物內(nèi)形成微小的等離子體通道并產(chǎn)生沖擊波，沿晶界進(jìn)行斷裂，選擇性從礦物晶粒間解離，是已知唯一能直接作用于晶界間的解離方法。其優(yōu)點(diǎn)是：與石英礦無機(jī)械接觸，不會(huì)引入雜質(zhì)；能對(duì)礦物晶界進(jìn)行選擇性破碎，因礦物雜質(zhì)大部分賦存在石英晶界間，較大可能暴露晶界間的雜質(zhì)，選擇性解離晶體內(nèi)的礦物雜質(zhì)、氣液包裹體，能提高之后的提純處理效率，最大程度減少過粉碎且能耗小。

粉碎過后進(jìn)行擦洗脫泥，擦洗是借助機(jī)械攪拌讓礦粒間互相摩擦，并用水沖刷。這對(duì)石英顆粒表面的薄膜鐵、泥性雜質(zhì)礦物的去除有效，再經(jīng)分級(jí)作業(yè)達(dá)到石英砂進(jìn)一步提純的效果。

目前，主要有機(jī)械擦洗和超聲波擦洗等方法。對(duì)于機(jī)械擦洗，一般認(rèn)為影響擦洗效果的主要因素來自擦洗機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其次為工藝因素：包括擦洗時(shí)間、濃度等。研究表明，砂礦擦洗濃度在50~60%之間效果最好，過大或過小，都會(huì)降低雜質(zhì)礦物的擦除效果。擦洗時(shí)間不宜過長(zhǎng)，若過長(zhǎng)，會(huì)加大設(shè)備磨損、能耗。擦洗工藝對(duì)石英表面的氧化鐵膜，效果還是不錯(cuò)。如某地石英砂原礦經(jīng)水洗、分級(jí)脫泥后，進(jìn)行機(jī)械擦洗，F(xiàn)e2O3去除率達(dá)47.4%。相比較，超聲波擦洗比機(jī)械法效率高。

4、分級(jí)及色選

分級(jí)是根據(jù)顆粒的比重、形狀或大小的不同進(jìn)行分選的過程。根據(jù)石英玻璃熔制工藝要求，高純石英原料的粒度分布要控制在一定范圍之內(nèi)（一般是75μm~100μm），而高純石英原料的粉碎過程產(chǎn)出的產(chǎn)品粒度分布范圍較寬泛，需分級(jí)處理以滿足石英玻璃的粒度要求。分級(jí)過程還可以起到脫泥以降低鐵份的作用，因?yàn)槭⒈群F礦物硬度高，在相同的磨碎條件下，硬度小的礦物易磨，同時(shí)有研究表明，石英砂中SiO2的品位隨著石英砂粒度的變細(xì)而降低。

石英砂分級(jí)設(shè)備主要有：振動(dòng)篩、離心式分級(jí)器、旋風(fēng)器式分級(jí)機(jī)、水力旋流器等。

色選機(jī)中的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)礦物次品與合格品在顏色、透明度上的差異，對(duì)分選裝置發(fā)出指令，用氣嘴對(duì)次品噴射高壓氣體，使之從合格品中剔除。礦物40mm以下用人工色選就很不經(jīng)濟(jì)了。在3~5mm范圍內(nèi)，色選機(jī)的效率最高。

5、浮選

浮選是根據(jù)礦物表面天然或改性后潤(rùn)濕性的差異，疏水性表面易與氣泡結(jié)合，氣泡通過浮力把疏水礦物顆粒帶入氣泡層，而親水礦物仍然懸浮在礦漿中，剝離氣泡層的疏水顆粒，最終達(dá)到礦物分離的目的。

浮選法主要用于除去與石英礦共生的云母、長(zhǎng)石類礦物，也能浮選含磷、含鐵礦物，另外用浮選也可脫除破碎和研磨時(shí)混入的次生鐵。浮選流程的設(shè)計(jì)，依靠對(duì)礦物的種類，解離的程度等進(jìn)行分析。

6、磁選

磁選，利用石英和含鐵礦物磁化系數(shù)差異進(jìn)行分選，可以除去順磁性及鐵磁性礦物，包括赤鐵礦、鈦鐵礦和黑云母，甚至金紅石等弱磁性礦物。磁選的次數(shù)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度的增加對(duì)除鐵量有顯著影響，隨著高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)的應(yīng)用，磁選提純較過去明顯提升。

7、重選

利用礦物雜質(zhì)與石英密度差異的重選分離，但一般都是針對(duì)含鐵的重礦物、以及破碎磨礦混入的次生鐵的選礦。重選包括脫泥和水力分級(jí)，常用的設(shè)備主要是螺旋選礦機(jī)、搖床等，螺旋選礦機(jī)和搖床處理顆粒的粒度范圍分別是2mm~50μm和2mm~38μm，其中搖床的分選效果較好

8、高壓靜電分離

高壓靜電分離，是利用不同礦物表面導(dǎo)電性能的差異，喂料干燥后進(jìn)入高達(dá)60~120kV/m的高壓靜電場(chǎng)中，在靜電力和機(jī)械力的作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的分離。長(zhǎng)石和石英的電導(dǎo)率分別為710nS/m和58nS/m；介電常數(shù)分別為5.36和4.4。

摩擦靜電分選機(jī)適合非導(dǎo)電礦物的分選，石英顆粒與長(zhǎng)石顆粒摩擦?xí)r，石英介電常數(shù)比長(zhǎng)石小，長(zhǎng)石顆粒容易失去電子帶正電，而石英顆粒帶負(fù)電，通過高壓靜電場(chǎng)作用，能夠從石英中分離出長(zhǎng)石，分選的顆粒范圍為1mm~75μm，作為浮選長(zhǎng)石的一種干法替代方案。

9、熱處理

熱處理，利用石英的晶型轉(zhuǎn)變和氣液包裹體加熱后的熱爆效應(yīng)，釋放石英包裹體中的氣體和液體，降低石英玻璃煉制過程中由于氣液包裹體所引入的氣泡和雜質(zhì)。

一般的處理方式是：在高溫真空狀態(tài)下，一般1500℃左右，排除包裹體，除了溫度因素還與氣體分子的種類有關(guān)，氣體分子越小，擴(kuò)散系數(shù)越大，He、H2容易擴(kuò)散排出；水、氧等易與熔體反應(yīng)；N2、CO、CO2、CxHx（烷類）等氣體則極難從熔體中排出，最終形成氣泡。

10、酸浸洗

由于石英不溶于酸（HF除外），其他雜質(zhì)礦物能被酸溶解的特點(diǎn)，采用酸洗法來除去溶于酸的鐵礦石和一部分硅酸鹽礦物，特別是石英顆粒表面的薄膜鐵，還能溶解部分的流體包裹體。

常用的酸有硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸等，酸的種類、濃度，酸浸洗的時(shí)間、溫度，礦漿攪拌程度以及石英的粒度均會(huì)影響酸浸效果。

研究表明，單獨(dú)用一種酸不如混合酸的浸洗效果好。華南師范大學(xué)周永恒教授通過試驗(yàn)提出酸浸石英雜質(zhì)的最佳工藝條件，添加HF能使Al的含量從23.7ppm下降到15.1ppm，但石英的損失率達(dá)到21%。各種研究都表明：?jiǎn)为?dú)使用HCl或H2SO4都不能達(dá)到高純石英，只有加入HF的混合酸才能得到高純石英石。

11、熱氯化

熱氯化處理過程中，石英礦在氯氣或氯化氫氣氛中加熱到1000~1200℃。氯氣或氯化氫與石英晶格中的堿金屬、堿土金屬以及過渡金屬反應(yīng)，生成相應(yīng)的氣相氯化物。

這些晶格雜質(zhì)含量在高溫?zé)艄堋雽?dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用中要求特別嚴(yán)，熱氯化是生成高純石英砂不可或缺的處理工藝。

12、檢驗(yàn)

普通石英玻璃原料一般配備X射線熒光分析（XRF）可以滿足檢驗(yàn)要求，高純石英玻璃原料需要能檢驗(yàn)亞ppm級(jí)的設(shè)備，如電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。

來源：中國(guó)粉體網(wǎng)