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制备高纯石英砂,为什么这么难?发布日期:2021-09-06
石英砂大家都不陌生,它是无色、透明的石英的变种,来源于各种岩浆岩,沉积岩和变质岩,是重要的工业矿物原料,广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及防火材料、冶炼硅铁、冶金熔剂、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料,滤料等工业。但随着国民经济和科学技术的飞速发展,石英砂的应用已开始涉入高新技术产业领域,是现代科学技术的重要新型功能材料。
高纯石英砂是SiO2含量高于99.9%的石英砂,为白色粉末,无异色,杂质含量很低。它具有高的耐温性,好的化学特性,优良的电绝缘性和透光性等,被广泛应用于高端电光源、大规模及超大规模集成电路、太阳能电池、光纤、激光、航天、军工等领域。
由于生产原料的特殊性和技术保密等原因,目前,全球能批量化生产高纯石英砂的企业很少,主要被尤尼明、挪威TQC和石英股份等企业垄断。

要制备高纯石英砂,先要精选原料
世界上只有少数几种原矿可以生产高纯度的石英砂用于高科技工业。这种原矿资源储量较少,由于开采力度加大,已经逐渐枯竭。
比较适合提纯的石英原料是一、二级天然水晶,纯度高、杂质含量低、包裹体少,但大量的工业化生产,很难保证矿物组织的均匀性和内在品质化学含量的一致性,我国水晶储量少,且分布不均匀,很难满足工业需求。
其次是天然岩石矿物,如石英岩、石英砂岩和脉石英是我国生产高纯石英砂的主要原材料,原料储量丰富。但提纯要求高,目前被美国、日本、德国等国家垄断,并限制提纯技术和产品对外出口。
石英砂中矿物杂质通常以非石英矿物的形式存在,如长石、云母、石榴石、锆石、钛铁矿和许多其它矿物。这些杂质的存在方式主要有以下几种:
1)作为松散的伴生矿物,未与石英晶体发生化学结合;
2)作为矿物碎片,在其表面化学和物理上与石英晶体结合,这类杂质主要为含铁矿物和含铝矿物;
3)被石英颗粒包裹或被相互结合的石英晶体包围的矿物;
4)作为间隙离子取代硅,这些杂质主要有:Al3+、Fe2+、Fe3+、B3+、Ti4+、Ge4+、P5+等,这些离子取代Si4+,形成共价键。当这种情况发生时,通常会伴随着Li+、K+、Na+和H+等元素的掺杂以保持SiO2晶格的电中性。Al元素是石英矿中主要杂质元素之一,且Al3+和Si4+半径相近,易替代Si4+,其含量通常高达数千ppm,因此Al含量是石英矿质量的重要指标。
因此,高效、稳定的高纯石英选矿提纯技术对我国高纯石英砂产业的发展很关键。



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