這7種石英提純“新”工藝，你是否都了解？

1  高溫真空處理

該工藝指溫度在1000℃以上，0.01Mpa的真空狀態(tài)下，氣液包裹體內(nèi)外形成巨大的壓力差使其發(fā)生爆裂，同時，高溫真空狀態(tài)有利于脫去石英砂中的羥基。
高溫焙燒過程中石英晶格會發(fā)生轉(zhuǎn)型，低溫下由a-石英變?yōu)?span>β-石英，隨著反應(yīng)溫度進一步升高會再次轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞?。石英晶格轉(zhuǎn)變是通過石英晶格中Si-O鍵鍵角的變化而發(fā)生的，當(dāng)石英晶格發(fā)生變形時，其晶格體積發(fā)生變化導(dǎo)致原石英晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)平衡被破壞，晶格中雜質(zhì)金屬元素不再保持穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生一系列的熱運動，最終擴散至石英晶格表面并氣化擴散至石英表面。
同時在高溫真空焙燒條件下，石英砂中的氣液包裹體受熱膨脹，在石英晶格發(fā)生變形時隨著晶格體積的變化發(fā)生破裂，將包裹體內(nèi)部的雜質(zhì)暴露出來，并受到內(nèi)外濃度差的影響最終氣化擴散出去，從而達到石英純化的目的。

高溫真空焙燒裝置圖

2 氯化焙燒

氯化焙燒又稱氯化脫氣，利用顆粒表面與內(nèi)部在高濃氯氣作用下產(chǎn)生的化學(xué)位梯度，促使氣液包裹體擴散出去。石英顆粒表層的堿金屬、堿土金屬和殘余的包裹體等雜質(zhì)在高溫下與氯氣反應(yīng)生成氣態(tài)氯化物，相較于其他金屬離子，Al和B的反應(yīng)活性較低，高溫氣流將這些雜質(zhì)元素的氯化物帶走，從而達到深度提純的目的。
氯化焙燒是一種深度提純工藝，成本較高，處理能力有限，具有一定危險性。當(dāng)前，僅有美國矽比科等極少數(shù)幾家公司實現(xiàn)該工藝的工業(yè)應(yīng)用。
該工藝對進料要求較高，一般是經(jīng)過傳統(tǒng)工藝提純后，SiO₂純度達到99.99%，雜質(zhì)總量小于100×10^-6的石英砂才能滿足進料要求。氯化焙燒的裝置多為自行設(shè)計，還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，仍處于不斷發(fā)展完善過程中。
根據(jù)氯化劑的種類，氯化焙燒可分為固態(tài)氯化焙燒和氣態(tài)氯化焙燒。其中：固態(tài)氯化焙燒所使用的氯化劑一般為NaCl、CaCl₂、NH₄Cl；氣態(tài)氯化焙燒所使用的氯化劑一般為Cl₂、HCl。

3 超導(dǎo)磁選

超導(dǎo)選是將超導(dǎo)技術(shù)引入工業(yè)選礦的一種新的礦物提純的方法，超導(dǎo)材料能產(chǎn)生超導(dǎo)磁場，能使石英中的微小雜質(zhì)和固態(tài)包裹體在超導(dǎo)磁場中磁化而被選出，這對去除石英中的異礦物和固態(tài)包裹體有很大的作用，是高純度石英原料提純工藝的重要工序和裝備。
超導(dǎo)磁選機作為國內(nèi)磁選裝備中的選礦裝備，其關(guān)鍵技術(shù)在于通過低溫技術(shù)來處理線圈，使線圈達到超導(dǎo)狀態(tài)，以提高磁體所產(chǎn)生的背景場強。
超導(dǎo)磁選機的工作原理，是利用鈦、鈮三錫等超導(dǎo)材料制作的超導(dǎo)線，通過后期加工，將超導(dǎo)線環(huán)繞成特種線圈置于密閉良好的低溫杜瓦中。采用液氦浸泡及制冷系統(tǒng)傳導(dǎo)冷卻的方式，使超導(dǎo)線圈工作環(huán)境溫度維持在-268.8℃左右，此時超導(dǎo)線圈電阻為零。由于纏繞線圈電阻為零，電導(dǎo)率為無窮大，可以承載更大的電流，增加超導(dǎo)線圈匝數(shù)，以螺旋管的方式進行繞制，最終可獲得超高的背景磁場。

4 電選

靜電分選是利用高壓靜電進行物料的分離、提純的技術(shù)，它利用物質(zhì)的導(dǎo)電特性、介電常數(shù)的不同，使其在電場中荷電，根據(jù)物料顆粒受到靜電力、重力、離心力等作用力的差異，導(dǎo)致礦物顆粒在電場中的運動軌跡不同，從而實現(xiàn)礦物分選的一種物理選礦方法。電選工藝簡單，且是干式作業(yè)，不存在廢水污染及處理問題，是一項具有巨大發(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景的技術(shù)。

近幾十年來電選普遍應(yīng)用于稀有金屬礦精選，在有色金屬礦、非金屬礦甚至黑色金屬礦的選礦中也得到了廣泛應(yīng)用。在城市固廢回收利用方面電選也有廣泛應(yīng)用，重點是粉煤灰脫炭、廢棄塑料分選，廢舊家電回收等；還包括從工業(yè)廢料中有價值資源的回收，如冶煉金屬硅渣、金屬切割磨屑等。
電選裝備，作為成熟的物理選礦設(shè)備，具有技術(shù)成熟、控制簡便、效果穩(wěn)定等特點，也可以有效降低高純石英中的金屬雜質(zhì)，減少后續(xù)工藝復(fù)雜性，在高純石英除雜中發(fā)揮著有力的作用。

5 超聲波處理

超聲波具有安全、高效、穩(wěn)定等特點，超聲波的頻率為2x10⁴~10⁹Hz之間。當(dāng)超聲波在水（或）溶液中發(fā)出時，會產(chǎn)生許多壓縮、膨脹區(qū)域，導(dǎo)致了無數(shù)微氣泡（空化泡）的形成和破裂，這種情況被稱為空化現(xiàn)象。

當(dāng)空化泡崩潰時，在極短時間和極小空間內(nèi)，產(chǎn)生5000K以上的高溫和大約5x10⁷Pa的高壓，溫度變化率高達109K/s，并伴生強烈的沖擊波和時速達400km的射流，對液體中的石英砂顆粒進行猛烈的沖擊，在這種劇烈的沖擊下，顆粒表面的微量雜質(zhì)迅速地從顆粒表面脫落，從而達到提純的作用。

6 微波焙燒

微波焙燒是利用不同材料之間介電常數(shù)的差異，使石英砂中的氣液包裹體快速升溫汽化，極大的壓強使石英砂破裂，從而實現(xiàn)氣液包裹體的去除。

常規(guī)焙燒和微波焙燒原理示意圖

7 摻雜提純

摻雜提純是高溫條件下使摻入的元素與雜質(zhì)元素反應(yīng)生成易溶于水或酸的物質(zhì)，而后水洗或酸洗提純。

研究人員采用雜質(zhì)總含量為41.94x10^-6的石英粉，先后摻入NaNO₃、Al(NO₃)₃·9H₂O，在900℃下煅燒，獲得石英精砂雜質(zhì)總量小于25x10^-6，達到IOTA-Std標(biāo)準(zhǔn)。