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石英砂提纯工艺现状与发展趋势!

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石英砂提纯工艺现状与发展趋势!

发布日期:2016-11-10 15:11 来源:http://www.klgfjc.com 点击:

凯里灰钙厂石英砂提纯工艺现状与发展趋势!


随着光电源、电子工业、光通讯、SiO2 薄膜材料、凯里灰钙厂大规模和超大规模集成电路、激光、航天、军工等高科技产业迅猛发展,对高品级的石英原料的需求量越来越大。但由于这些特种石英原料对质量的要求很高 ,通常需求含量大于99.9 %,甚至99.99 %,而允许的杂质含量又非常低,只有高品级天然一、二级水晶能达到要求。天然水晶资源日趋枯竭 ,特别是高品级天然水晶资源更是稀缺,并且在世界各地分布极不平衡,95 %的水晶集中在巴西和马达加斯加 ,使得除此以外的国家都在努力寻找替代品。

目前解决水晶替代原料有三种途径:人造水晶、 溶胶-凝胶及四氧化硅气相沉淀法等人工合成、用天然硅石加工提纯后代替水晶。由于人造水晶和人工合成法产量低、能耗大、成本高 ,故大规模生产有较大的困难。用自然界大量存在的硅石(包括石英岩、石英砂岩、脉石英为主要矿物的岩石) ,经提纯后来制备高纯或超高纯石英原料,具有来源广泛、生产成本低、批量大等优点,是代替天然水晶的最为有效的途径。

1、国内外替代水晶的高纯石英原料的加工现状


我国从20世纪80年代末开始研究石英玻璃的普通石英原料的提纯方法和工艺 ,已经取得一定进展 ,所研究产品能够达到二、三、四级水晶的水平。但由于水晶在我国的储量有限 ,价格昂贵,质地不均匀,有些矿物杂质和工艺过程中的混杂物质不可能除掉。

 

江苏连云港地区目前处于用水晶作原料制取超纯石英砂的国内最高水平 ,凯里灰钙厂但是大量的工业化生产,矿物组织的均匀性和内在品质的化学含量的不稳定。只适合于中、低档石英玻璃 ,高纯、低羟基石英原料的技术难关还未攻克 ,我国大口径石英管、高质量石英棒和石英锭以及光通信使用的石英玻璃仍需要大量进口。

 

国外早在20世纪70年代就开始研究利用石英砂制备高纯石英砂的技术。20 世纪80年代美国PPCC公司在英国西北海岸 Foxdale 地区的花岗岩中提纯石英,产品 SiO2 的含量达 99. 99 % ,Fe 杂质小于1×10-6,其他过渡元素小于5×10-6;20 世纪90年代到目前世界上最大的高纯石英供应商-美国Unimin 公司在北卡罗来那州 Spruce Pine 地区的花岗岩中分选、提纯出高纯石英 ,经提纯后SiO2的含量达99. 99%以上,纯度最高者SiO2的含量达99. 999%以上,其高纯石英在国内外原料市场占据垄断地位。氧化硅的纯度目前正在由99. 9992%向99.9994% 的方向发展。

 

日本的 Kemmochi 和Sato分别在传统工艺基础上,综合使用浮选、磁选、电选、高温氯化等物理、化学方法提纯技术,将脉石英加工成超高纯石英玻璃原料,以满足光学、光纤套管、电子工业用高档石英玻璃生产的需要 。

 

2、硅石杂质赋存状态

 

硅石除了主要矿物石英外 ,通常伴有长石、云母、粘土和铁质等杂质矿物。制备的高纯和超高纯石英原料 ,是除了二氧化硅外其它都是杂质,其中主要的有害杂质是含铁和含铝杂质 ,所以硅质原料提纯方法和工艺流程的进步和改进也主要体现在对含铁杂质和含铝杂质的有效脱除上。

 

铁在硅石中常以以下几种形式存在以微细粒状态赋存在粘土 ,或者高岭土化的长石中;以氧化铁薄膜形式附着在石英颗粒的表面;含在重矿物和铁矿物等颗粒中;在石英颗粒内部呈浸染或透镜状态或以固溶态存在于石英晶体内部。此外,加工过程中也会混入一定量的机械铁。

 

含铝杂质主要来自长石、云母和粘土矿物 ,还有Al3+ 替代 Si4+ 存在于石英晶格中。这种异价类质同象的替换,常造成碱金属阳离子进入结构空隙,以保持电子的平衡,形成结构杂质。

 

此外 ,硅石中普遍存有流体包裹体 , 按其成因可分原生包裹体、假次生包裹体、次生包裹体三类 ,原生包裹体是先于主矿物或与主矿物同时形成的包裹体 ,其特点是包裹体生成后不发生空间上的移动。原生包裹体占据主矿物结晶构造位置上 ,均匀分布于晶体中。

 

假次生包裹体是在主矿物结晶过程中 ,凯里灰钙厂由于应力和构造作用 ,使已结晶的矿物发生破碎和裂开 ,在这些裂隙中 ,成矿溶液又重新进入而产生重结晶时形成的包裹体。其特点是形成之后在空间上发生过位移。假次生包裹体外端终止于晶体内的一个生长面 ,并存在着明显的排列面。

 

次生包裹体是形成于主矿物结晶基本完成之后任何过程的包裹体 ,晶体形成后 ,因受外界作用力的影响而破裂 ,产生裂隙 ,这时在环境中活动的含矿溶液就有可能渗入晶体内成为包裹体。次生包裹体一般在后期构造愈合的位置上 ,常沿裂隙分布 ,且几组包裹体可以相交 ,形状较为复杂。

 

流体体积很小,一般直径在微米左右,粉碎石英矿时,次生包裹体就容易被机械破裂,但原生包裹体,就很难破裂消除 ,即使用高温滚烧也只能将表面局部气体包裹体炸裂,不足以改变内部微小气泡状态。流体包裹体中的小分子气体可以通过高温和延长排气时间等排出。但CO、CO2等气体极难从固体或熔体中排出,造成熔制产品缺陷。

 

3、选矿提纯工艺

 

根据硅石矿物原料的杂质和包裹体的赋存状态 ,在选矿提纯工艺主要分擦洗-磁选-浮选-酸浸等工艺流程 ,随着选矿工艺研究的不断深入,又引进了电选和生物选矿等。

 

石英砂的选矿提纯工艺流程的是根据原料矿中杂质矿物的赋存状态、选矿成本和制品的工业用途的要求确定的方法按一定的工序联合起来制定的。

 

目前最成熟和工业应用最广泛的是“无氟有酸酸性”法,中、碱性和其他方法还仅限于实验室研究,但由于其自身的优越性 ,具有良好的应用前景。因此其工业化应用研究将是今后发展的方向。

 

硅石矿物选矿提纯工艺研究虽然已取得很大的进展 ,凯里灰钙厂但发展很缓慢 ,每年发表该方面的论文不足十篇。笔者认为制约硅石代替水晶的选矿提纯工艺的发展的主要因素是:其一, SiO2 和微量元素含量的化验分析的成本和需求精确度太高,不能被广泛的研究;其二,包裹体的去除技术还不理想,只有极少含包裹体数量少的硅石矿物有可能经选矿提纯后替代天然水晶生产高纯或超高纯石英粉。而绝大多数的含包裹体较多的硅石矿物还不能用于深加工生产高纯或超高纯石英粉。


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