中國粉體網訊 在現代工業體系中，高純石英砂作為眾多高端領域的關鍵基礎材料，其純度直接決定了產品的性能與質量。從半導體芯片制造到光通信產業，從太陽能光伏領域到高端光學儀器生產，高純石英砂都扮演著不可或缺的角色。然而，天然石英砂中往往含有多種雜質，極大地限制了其應用范圍。
目前高純石英砂的提純方法主要分為物理法和化學法。物理法提純無法去除元素雜質，需要進行化學法深度提純。化學深度提純主要包括酸（堿、鹽）處理法和熱處理法，酸（堿、鹽）處理主要去除以包裹體形式存在石英砂顆粒表面或鑲嵌于顆粒中的雜質。
酸處理法
在經歷初步物理提純后，大部分雜質礦物已被去除，但還有少量雜質礦物處在晶界、微裂隙及晶體內，酸（堿、鹽）處理法主要是為了去除這部分雜質。其中酸浸法應用最為廣泛，常采用氫氟酸、硫酸、鹽酸和硝酸這幾種酸的混合溶液對石英砂進行提純。
有氟浸出：混合酸協同高效除雜策略
大量試驗表明，高純石英除雜采用單一酸浸效果不佳，而采用混合酸浸則可利用不同酸產生的協同效應，有效地去除雜質。研究表明，HCl-H2C2O4-HF混合酸對Fe的去除效果較H2SO4-H2C2O4-HF混合酸的效果好，且能有效避免硫對石英精礦的污染。
張研研將煅燒水淬后的花崗偉晶巖長石尾礦利用n(HF)∶n(HCl)=1∶9的混合酸處理，得到最終產品SiO2含量99.9928%。
鐘樂樂將真空焙燒后的某脈石英礦進行還原體系的熱壓混合酸浸，酸浸條件為HF1.2mol/L、HCl 3mol/L、HNO3 1mol/L，最終得到石英砂SiO2含量達到99.996%。
夏章杰利用H2SO4和HF進行混合酸浸，H2SO4濃度為3mol/L、HF濃度為0．5mol/L，最終測得Fe、K、Al的浸出率分別為97.31%、94．87%、86．47%。
雷紹民等人研究表明，HCl-H2C2O4-HF混合酸對Fe的去除效果較H2SO4-H2C2O4-HF混合酸的效果好，且能有效避免硫對石英精礦的污染。
無氟浸出：環保驅動下的技術探索
隨著環保意識的日益增強以及國家對環境保護的重視程度不斷提高，高純石英混合酸浸中的無氟無硝工藝在未來工業實踐里的重要性愈發凸顯。雖然有氟浸出在高純石英砂提純方面已取得一定成效，但如今無氟浸出工藝正逐漸成為研究熱點，備受關注，其研究進展也備受期待。
夏章杰利用熱壓浸出處理石英，在260℃、H3PO4濃度0.6mol/L條件下浸出4h，雜質去除率達到85.26%，Al去除率達到87%，再經過1000℃加入NaCO3焙燒，最終Al含量25.22×10-6，SiO2含量達到99.995%。
林敏在HCl和H2SO4體系中通過添加銨鹽輔助催化浸出，熱壓浸出過程中，HCl-NH4Cl體系在最佳條件下，雜質去除率85.2%，Al去除率88.2%；H2SO4-NH4Cl體系在最佳條件下，雜質去除率84.0%，Al去除率87.5%。
裴振宇等人，采用堿浸工藝，利用氫氧化鈉代替氫氟酸作為浸出劑純化石英。研究了浸出劑濃度、浸出時間對堿浸的影響，對比了堿浸與鹽酸單酸、鹽酸-氫氟酸混酸浸出的效果，得出影響堿浸效果的因素和改進措施。
結果表明，堿浸時由于水合鋁硅酸鈉生成并附著于石英表面，嚴重影響浸出效果。鹽酸浸出可溶解吸附在堿浸精礦表面的水合鋁硅酸鈉，改善堿浸效果。采用氫氧化鈉浸出后再用鹽酸浸出，石英中Al、Na元素含量分別由62.8μg/g和43.8μg/g降至17.01μg/g和32.88μg/g，與鹽酸-氫氟酸混酸浸出后的16.32μg/g和25.34μg/g接近，堿浸工藝避免了使用氫氟酸，且達到了與傳統氫氟酸工藝相近的浸出提純效果。可作為高純石英砂無氟制備工藝的一環，用于去除沿裂縫和位錯集中分布的雜質。
現階段，工業上還使用以HF為主的酸浸工藝，無氟無硝工藝還僅在實驗室研究階段，但已經取得了一定的成效，為今后環境友好型生產工藝的實施奠定了基礎。
行業內主流酸洗配方
在高純石英砂的提純中，草酸（H2C2O4）和氫氟酸（HF）組成的酸洗配方可用于高純度石英砂（SiO₂≥99.99%）的深度除雜，該配方中草酸濃度為8%-12%、氫氟酸濃度為0.5%-1.5%（重量比），主要針對鐵、鋁雜質，特別是晶格內包裹體。在工藝條件上，需通過石墨換熱器將溫度控制在65-75℃，并動態攪拌3-6小時。此外，加入少量氟硅酸（H2SiF6）可協同增效，提升對鈦雜質的去除率。
鹽酸（HCl）和氫氟酸（HF）混合酸洗配方：其中鹽酸濃度為4-6mol/L，氫氟酸濃度為0.5%-1%，該配方適用于中低純度（SiO2≥99.5%）石英砂的快速酸洗，具有成本較低的優勢，但需嚴格處理廢液。其工藝條件為在常溫或40-50℃下進行酸洗，若選擇該溫度范圍可將反應時間縮短至12-24小時，并且采用分步處理的方式，先利用鹽酸洗出金屬氧化物，再用氫氟酸溶解硅酸鹽殘留。
小結
綜上所述，酸處理法在高純石英砂的提純過程中展現出了顯著的成效，無論是有氟浸出利用混合酸協同效應高效除雜，還是無氟浸出在環保理念下取得的階段性成果，都為高純石英砂提純技術的發展注入了新的活力。盡管當前無氟無硝工藝仍處于實驗室研究階段，但已取得的成果無疑為未來大規模工業化應用帶來了希望。
參考來源：
首泰環保裝備；中國粉體網
裴振宇等.脈石英堿浸提純工藝及機理研究
武志超,張海啟,譚秀民,馬亞夢,高純石英應用及化學提純技術研究進展
(中國粉體網編輯整理/九思)
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