石英砂提取工藝有哪些？

石英砂是以石英為主要成分的礦物顆粒集合體，其主要成分是二氧化硅，含量通常在 90%-99% 之間，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，硬度高，具有良好的耐高溫、耐腐蝕性能。在建筑、玻璃、電子信息、化工行業(yè)等均有應(yīng)用，根據(jù)其石英砂成分不同，所應(yīng)用的環(huán)境也不同。下面我們圍繞石英砂的分類應(yīng)用及石英砂的提取工藝兩大方面進(jìn)行介紹。

一、石英砂的成分與應(yīng)用

石英砂作為一種重要的工業(yè)礦物原料，依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)可劃分出多種類型，其成分與用途緊密相關(guān)。

1、顆粒大小分類

根據(jù)顆粒大小，石英砂可分為粗砂、中砂和細(xì)砂。

粗砂粒：粒徑大于0.5mm，質(zhì)地較粗糙；

中砂粒：粒徑在0.35-0.5mm之間，顆粒適中；

細(xì)砂粒：粒徑在0.25-0.35mm范圍，顆粒細(xì)膩。

2、成分分類

按用途可分為普通石英砂、精制石英砂和高純石英砂。

普通石英砂：二氧化硅含量通常在90%-95%，含有較多的鐵、鋁、鈣、鎂等金屬氧化物雜質(zhì)，以及長石、云母、黏土等礦物雜質(zhì)。多在在建筑行業(yè)應(yīng)用，是混凝土、砂漿的主要骨料，用于房屋建造、道路鋪設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等。

精制石英砂：二氧化硅含量在95%-99%，是經(jīng)過進(jìn)一步選礦和提純處理后的產(chǎn)物，多用于玻璃、陶瓷及化工等行業(yè)。

高純石英砂：二氧化硅含量≥99.9%，部分高精尖產(chǎn)品甚至要求達(dá)到≥99.99%，幾乎不含或僅含微量雜質(zhì)。常在半導(dǎo)體、光纖通信、光學(xué)鏡片、電子元器件等領(lǐng)域應(yīng)用。

二、石英砂提取工藝

1、物理提取工藝

浮選：利用石英砂與雜質(zhì)礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異，通過添加浮選藥劑實現(xiàn)分離。一般，用捕收劑吸附在長石、云母等雜質(zhì)表面，使其疏水；石英砂表面保持親水，在氣泡作用下，雜質(zhì)礦物附著氣泡上浮，與石英砂分離。其流程是先調(diào)節(jié)礦漿pH值至弱酸性（pH=5-7），添加調(diào)整劑抑制石英砂，再加入捕收劑和起泡劑進(jìn)行石英砂浮選。經(jīng)過粗選、精選和掃選，可有效去除長石、云母等雜質(zhì)，提高石英砂純度。

重選：是基于礦物顆粒在水中沉降速度的差異進(jìn)行分級的。粗粒石英砂沉降速度快，細(xì)粒和雜質(zhì)顆粒沉降慢，通過分級設(shè)備（如螺旋溜槽、水力旋流器）實現(xiàn)分離。多用于處理粗粒級石英砂，可有效去除長石、云母等雜質(zhì)。

磁選：主要目的去除含磁選雜質(zhì)，利用礦物磁性差異，通過強(qiáng)磁場將磁性雜質(zhì)（如磁鐵礦、赤鐵礦、黑云母等含鐵礦物）與石英砂分離。利用磁選機(jī)將細(xì)磨后的礦物進(jìn)行多次分選，可使石英砂中鐵含量從0.1%降至0.03%以下。

2、化學(xué)提取工藝

酸洗：利用鹽酸、硫酸、氫氟酸等強(qiáng)酸與金屬雜質(zhì)（如鐵、鋁、鈣、鎂的氧化物）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其溶解進(jìn)入溶液，從而去除雜質(zhì)。通常是將石英砂與酸按一定比例混合，在反應(yīng)釜中攪拌反應(yīng)，溫度控制在50-80℃，時間2-4小時。反應(yīng)后通過水洗去除殘留酸液和溶解的雜質(zhì)離子。氫氟酸能有效去除石英砂中的二氧化鈦、氧化鐵等雜質(zhì)，但因其腐蝕性強(qiáng)，需特殊防護(hù)。

堿洗：使用氫氧化鈉、碳酸鈉等強(qiáng)堿溶液，與石英砂中的酸性雜質(zhì)（如黏土礦物、有機(jī)雜質(zhì)）發(fā)生反應(yīng)，使其溶解或轉(zhuǎn)化為可溶性鹽類，從而去除雜質(zhì)。通常先將石英砂與堿液混合，在高溫（80-100℃）下反應(yīng)1-3小時，然后水洗至中性。堿洗可有效去除石英砂中的有機(jī)雜質(zhì)和部分硅酸鹽雜質(zhì)。

高溫氯化：在高溫（1200-1500℃）下，通入氯氣或氯化物氣體，使石英砂中的金屬雜質(zhì)（如鐵、鋁、鈣等）與氯氣反應(yīng)生成揮發(fā)性氯化物，從石英砂中逸出，從而實現(xiàn)提純。主要用于高純石英砂生產(chǎn)，可將雜質(zhì)含量降低至 ppm 級。

3、生物提取工藝

生物提取主要是微生物浸出提取工藝，利用微生物（如氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌）的代謝作用，將石英砂中的鐵、鋁等金屬雜質(zhì)氧化溶解。微生物通過氧化礦物中的硫、鐵獲取能量，同時產(chǎn)生硫酸和鐵離子，硫酸降低環(huán)境pH值，促進(jìn)金屬雜質(zhì)的溶解。一般將石英砂與微生物菌液混合，在適宜溫度（25-35℃）和pH值（1.5-2.5）條件下培養(yǎng)，反應(yīng)時間10-30天。

三、高純石英砂提取工藝

高純石英砂對SiO?的含量有要求，一般SiO?含量≥99.9%，部分高端產(chǎn)品SiO?含量≥99.99%。另外，對雜質(zhì)含量也有嚴(yán)格限制，F(xiàn)e?O?≤10ppm，Al?O?≤50ppm，Cr?O?≤1ppm，Li?O≤1ppm 等。高純石英砂提取需進(jìn)行深度提純，常采用酸浸-焙燒-浮選聯(lián)合工藝。

酸浸：先用鹽酸、硫酸等強(qiáng)酸去除大部分金屬雜質(zhì)，再用氫氟酸進(jìn)一步去除二氧化鈦、氧化鐵等頑固雜質(zhì)，使石英砂純度達(dá)到99.5%以上。

焙燒：將酸浸后的石英砂在1000-1200℃高溫下焙燒，使石英砂內(nèi)部的包裹體和晶格缺陷暴露，同時，去除殘留的有機(jī)雜質(zhì)。

浮選：采用反浮選工藝，添加特定捕收劑和調(diào)整劑，去除殘留的長石、云母等雜質(zhì)，最終獲得高純石英砂。

石英砂的提取工藝根據(jù)其用途和純度要求不同而選擇各異。普通石英砂主要采用物理提取法，通過磁選、重力分選等工藝去除明顯雜質(zhì)；精制石英砂需結(jié)合物理和化學(xué)方法，進(jìn)一步降低雜質(zhì)含量；高純石英砂則依賴復(fù)雜的深度提純技術(shù)，如酸浸-焙燒-浮選聯(lián)合工藝、高溫氯化、區(qū)域熔融等，以滿足高端領(lǐng)域的嚴(yán)格要求。