中國粉體網(wǎng)訊  以天然石英礦物為原料是獲取廣泛應(yīng)用于高科技領(lǐng)域重要非金屬礦物材料高純石英的主要途徑。而針對(duì)資源品質(zhì)開展提純的研究工作是石英產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)。2021年11月18-19日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2021（第五屆）全國石英大會(huì)暨展覽會(huì)”于江西贛州隆重召開。會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到武漢理工大學(xué)礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任張凌燕做客“對(duì)話”欄目，重點(diǎn)圍繞石英礦石資源概況、選礦提純、發(fā)展建議等進(jìn)行探討交流。

武漢理工大學(xué) 礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任張凌燕

石英原料應(yīng)用與礦石種類

石英在自然界中的分布十分廣泛，成因多種多樣。張教授表示目前能夠作為工業(yè)應(yīng)用的石英礦物資源主要有7種礦床工業(yè)類型：天然水晶、石英砂巖、石英巖、脈石英、粉石英、天然石英砂和花崗巖石英。

由于不同礦床工業(yè)類型的形成地質(zhì)條件不同，使石英的礦床規(guī)模大小、礦石組成結(jié)構(gòu)以及石英的晶體結(jié)構(gòu)、晶體化學(xué)、粒度、球度和圓度等都存在較大差別。因此，石英礦床工業(yè)類型與工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)有著密切的關(guān)系，不同的礦床工業(yè)類型的石英有不同的應(yīng)用特點(diǎn)。

石英礦床工業(yè)類型與應(yīng)用特點(diǎn)的關(guān)系

根據(jù)張教授的分析，天然水晶、脈石英、花崗巖石英可應(yīng)用于高端用途，但是資源稀缺，大型優(yōu)質(zhì)石英礦床尤其稀缺，這也是國內(nèi)高純石英砂的原料還主要依賴于進(jìn)口的主要原因之一。張教授建議，一方面，應(yīng)加大優(yōu)質(zhì)石英礦床的勘查力度；另一方面，從政策層面，應(yīng)加大對(duì)資源的管控，提高石英開采、生產(chǎn)等門檻。

不同應(yīng)用領(lǐng)域的主要技術(shù)要求

與其他非金屬礦相比，石英礦物原料工業(yè)應(yīng)用的一個(gè)顯著特點(diǎn)是同時(shí)存在三種形式：一是利用礦物晶體固有的物理和物理化學(xué)性質(zhì)，如3D打印砂、結(jié)晶硅微粉等；二是提供有用化學(xué)成分，也是硅酸鹽材料的最基本原料，包括普通玻璃及各類功能玻璃等；三是通過冶金渠道提取有用元素Si，目前是金屬硅及其提純加工產(chǎn)物多晶硅和單晶硅的唯一原料。

石英礦物原料工業(yè)應(yīng)用的三種形式與應(yīng)用實(shí)例示意圖

據(jù)張教授介紹，目前，石英礦物原料一般用途包括玻璃、鑄造、陶瓷、耐火材料、冶金、建筑、化工、塑料、橡膠、磨料等領(lǐng)域。高端用途（大于99.9%甚至99.99%的超高純石英）包括電子及微電子設(shè)備、先進(jìn)制造、光學(xué)纖維、太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體材料、高等級(jí)光學(xué)材料、航天器視窗等領(lǐng)域。

不同應(yīng)用領(lǐng)域的主要技術(shù)要求不同。據(jù)張教授介紹，常規(guī)用途的石英原料，一般來講雜質(zhì)組分可能是幾百到幾千個(gè)ppm水平，硅含量一般要求低于2個(gè)9，粒度要求也相對(duì)比較低。對(duì)于高端用途的石英原料，硅含量要求高，3個(gè)9到4個(gè)9，甚至更高；對(duì)雜質(zhì)總量要求控制在50ppm以內(nèi)，有的甚至要求在20ppm以內(nèi)；此外鋁雜質(zhì)難以去除，石英原料也常因鋁雜質(zhì)難以有效降低而在高端領(lǐng)域應(yīng)用受限。從這個(gè)角度上講，石英原料去除鋁是用于高端用途的一個(gè)比較重要的點(diǎn)。

各應(yīng)用領(lǐng)域的主要技術(shù)要求

石英礦石的選礦提純，因“礦”制宜

對(duì)于石英的選礦提純，在問及如何達(dá)到理想的效果時(shí)，張教授表示目前業(yè)內(nèi)往往忽視了一個(gè)重要問題：石英礦石資源、品質(zhì)與加工技術(shù)是存在密切關(guān)聯(lián)性的。

高純石英質(zhì)量與原料中雜質(zhì)元素含量高低并不是簡(jiǎn)單對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是與原料工藝礦物學(xué)特征所決定的雜質(zhì)可選性密切相關(guān)。不同類型石英礦的礦物學(xué)特征存在明顯差異，詳細(xì)分析石英原料礦物學(xué)特征，是確定石英原礦性質(zhì)、選礦提純工藝方案和產(chǎn)品方向的基礎(chǔ)。

張教授表示石英礦石的選礦提純技術(shù)的采用，不是簡(jiǎn)單的選擇題。應(yīng)該是一種礦，對(duì)應(yīng)一種加工技術(shù)，一種應(yīng)用方案。因“礦”制宜，實(shí)事求是，具體礦種具體分析。

目前，工業(yè)上成熟應(yīng)用的石英提純傳統(tǒng)工藝有分選、擦洗、煅燒-水淬、磨礦、篩分、磁選、重選、浮選、酸浸、高溫脫氣等，深度提純工藝有氯化焙燒、輻照色選、超導(dǎo)磁選、高溫真空等等。張教授表示高端用途用石英的選礦提純是比較完整的、流程較長(zhǎng)，往往會(huì)用到所有的選礦提純方法，需通過每個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)去除一部分雜質(zhì)，最終達(dá)到高純的技術(shù)要求。但依然是原料的選擇、石英原料的礦物學(xué)特征決定具體的選礦提純工藝條件、流程。

石英選礦提純工藝簡(jiǎn)圖

結(jié)語

張教授長(zhǎng)期從事非金屬礦選礦、超細(xì)礦物粉體的分級(jí)改性及新型礦物材料的開發(fā)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究。張教授表示，對(duì)于石英礦石的選礦提純，過去幾年，國內(nèi)已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。但對(duì)于高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵性原材料——高純石英，我國還需要進(jìn)行合適的大型優(yōu)質(zhì)石英礦床的勘探，并更新加工技術(shù)與裝備

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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