高純石英礦選礦提純的三個(gè)階段

今年4月，高純石英礦正式列為我國第174號(hào)新礦種，這一戰(zhàn)略決策源于其在半導(dǎo)體晶圓、光伏坩堝等“高精尖”領(lǐng)域的無法替代性。我國曾長期依賴美國進(jìn)口，其進(jìn)口依賴度高達(dá)85%。隨著河南東秦嶺、新疆阿勒泰高品質(zhì)礦床的發(fā)現(xiàn)（SiO?≥99.9%，F(xiàn)e?O?≤10ppm），以及"礦-砂-器件"全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)突破，國產(chǎn)高純石英砂正加速實(shí)現(xiàn)從"卡脖子"到自主可控的轉(zhuǎn)變。那么高純石英礦的選礦提純關(guān)鍵技術(shù)分別是哪些呢？下面我們一起來了解！

其實(shí)，高純石英砂的選礦提純主要為三個(gè)階段，分別是高純石英礦選礦預(yù)處理階段、石英與雜質(zhì)有效分離階段及高純石英深度提純階段。

一、高純石英礦預(yù)處理

高純石英礦預(yù)處理階段主要是將開采后原礦石處理成適宜選別條件狀態(tài)。主要包括礦石的碎磨、篩分及除鐵幾部分。

1、石英礦破碎磨礦

常采用三段無塵破碎，分別用顎式破碎機(jī)做粗碎，粒度碎至≤100mm；圓錐破碎機(jī)進(jìn)行中碎，粒度碎至≤20mm；且破碎機(jī)上方設(shè)置密閉罩，配套袋式除塵器，粉塵排放濃度≤5mg/m3，避免破碎過程中石英砂與鐵塵接觸。磨礦則采用干式球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨，至≤0.5mm占比≥95%，磨礦濃度65%-70%，通過調(diào)節(jié)給水量控制礦漿流動(dòng)性，針對(duì)細(xì)粒嵌布礦石可進(jìn)一步磨至-0.1mm占比80%。

2、石英礦篩分

石英礦篩分是將磨后礦物給入振動(dòng)篩分機(jī)，+0.5mm粒級(jí)返回再磨，-0.5mm粒級(jí)進(jìn)入磁選，確保磁選給料粒度均勻，避免粗顆粒雜質(zhì)漏選。若石英礦原礦含泥量較大（>5%）時(shí)，也可采用旋流器分級(jí)處理，用Φ350mm水力旋流器，給礦壓力0.15-0.2MPa，底流濃度50%-60%，溢流中-0.045mm粒級(jí)占比≥80%，可實(shí)現(xiàn)細(xì)泥有效脫除。

3、石英礦磁選預(yù)先除鐵

超導(dǎo)強(qiáng)磁選：是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生1.5-2.0T高磁場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)石英中存在的鈦鐵礦、赤鐵礦等磁性礦物實(shí)現(xiàn)除鐵。超導(dǎo)磁選機(jī)采用Nb-Ti合金線圈，在液氦（-269℃）冷卻下形成無電阻電流，磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)5T。

高梯度磁選：采用直徑 0.3-0.5mm 的不銹鋼毛作為聚磁介質(zhì)，在1.2-1.5T背景磁場(chǎng)中形成高梯度磁場(chǎng)（梯度達(dá)10?T/m），對(duì)弱磁性黑云母、角閃石等礦物的捕收效率達(dá)90%以上。適用于-0.074mm細(xì)粒級(jí)石英砂提純。

二、高純石英礦選礦分離

在石英選礦技術(shù)中，常見的分離方法主要是磁選、浮選、重選及光電分選法幾種方法。

1、高純石英浮選法

無氟浮選：可以用檸檬酸作捕收劑，通過螯合作用活化石英表面的Si-OH基團(tuán)，在pH=3.5-4.0條件下，使石英與長石的zeta電位差擴(kuò)大至25mV，實(shí)現(xiàn)選擇性分離；也可采用十二胺與改性脂肪酸混合藥劑，在常溫礦漿中形成雙親分子層，優(yōu)先吸附于長石表面使其疏水上浮，然后浮選后石英砂中Al?O?含量從500ppm降至80ppm以下，且廢水氟離子濃度<10mg/L，滿足環(huán)保排放要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)浮選。

陰離子反浮選：在pH=8-9的堿性條件下，使用油酸鈉作為捕收劑，云母表面的Al-OH基團(tuán)與藥劑形成配位鍵，而石英表面因Ca2?抑制劑作用保持親水性，可有效實(shí)現(xiàn)石英與云母的浮選分離。

2、高純石英礦重選法

離心機(jī)重選：利用離心力強(qiáng)化石英與密度較大雜質(zhì)（如石榴子石、電氣石）的沉降差異，實(shí)現(xiàn)重力分選。多適用于+0.1mm粗粒級(jí)高純石英礦提純。

搖床重選：可使用6-S型搖床處理0.074-0.5mm粒級(jí)的石英礦，對(duì)密度差≥1.5g/cm3的雜質(zhì)礦物（如長石、云母）去除率達(dá)70%，石英砂中Al?O?含量可降低30%。

3、高純石英礦光電分選法

LIBS激光法：通過1064nm脈沖激光激發(fā)石英顆粒表面，實(shí)時(shí)采集元素特征光譜，結(jié)合AI算法識(shí)別含雜質(zhì)顆粒，高速氣閥剔除。適用于+0.1mm粒級(jí)石英礦分選。

射線熒光法：利用X射線激發(fā)石英顆粒中的元素產(chǎn)生特征熒光，通過探測(cè)器陣列實(shí)時(shí)分析，結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)剔除雜質(zhì)顆粒，適用于-0.1mm細(xì)粒級(jí)，檢測(cè)限達(dá)10ppm，分選效率達(dá)90%。

三、高純石英礦深度提純

1、高純石英混合酸浸提純

采用三元酸體系進(jìn)行酸浸提純，即HCl+H?SO?+HF混合酸，在80℃、液固比5:1條件下浸出2h，配合微波輔助使酸浸效率提升30%。該工藝通過絡(luò)合（HF與Al3?形成AlF?3?）、氧化（H?SO?溶解Fe2?）、置換（HCl去除Ca2?）協(xié)同作用，使Al、Fe、Ca等雜質(zhì)溶出率達(dá)98%以上，石英砂中金屬離子總含量≤5ppm。

2、高純石英高溫氯化提純

高溫氯化提純多適于經(jīng)物理分選后的石英砂深度提純，是利用1300-1400℃高溫條件下，往豎式爐中通入Cl?，石英砂中雜質(zhì)元素（Ti、Cr、Al、Fe等）與Cl?在高溫下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成揮發(fā)性氯化物，從而實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)脫除的深度提純工藝。處理后石英砂中Ti含量≤1ppm，Cr≤0.5ppm，適用于光伏坩堝用砂的深度提純。

3、高純石英高溫煅燒-酸洗提純

高溫煅燒：在1500℃電阻爐中煅燒4h，利用熱脹冷縮原理使石英內(nèi)部包裹體破裂，有機(jī)物分解揮發(fā)，同時(shí)羥基含量從5ppm降至1ppm以下。煅燒過程中控制氧氣流量10L/min，避免石英表面氧化損傷。

二次酸洗：采用王水常溫浸泡12h，去除煅燒后暴露的表面雜質(zhì)，最終石英砂表面金屬離子殘留≤0.1ppm，適用于半導(dǎo)體級(jí)砂制備。

4、高純石英超聲輔助提純

在酸浸過程中引入超聲波，通過空化效應(yīng)增強(qiáng)酸液對(duì)石英表面雜質(zhì)的沖擊剝離，使Al、Fe等雜質(zhì)溶出速率提升50%，酸浸時(shí)間從4h縮短至2h，同時(shí)減少20%酸耗，該工藝可使石英砂中Fe?O?降至3ppm以下。

上述則是高純石英砂選礦提純的主要流程。高純石英礦的選礦提純技術(shù)通過磁選、浮選、光電分選等物理方法與酸浸、氯化等化學(xué)方法的協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了從資源到“高精尖”材料的轉(zhuǎn)化。隨著國產(chǎn)化技術(shù)與裝備的成熟，我國已構(gòu)建從選礦到器件的全產(chǎn)業(yè)鏈體系，為半導(dǎo)體、光伏等戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)提供了關(guān)鍵材料保障，推動(dòng)全球高純石英材料供應(yīng)鏈格局重塑。

鑫海礦裝在石英砂選礦提純方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前，可實(shí)現(xiàn)4N級(jí)（99.99）提純技術(shù)，通過試驗(yàn)分析，可為用戶設(shè)計(jì)適合的石英礦選礦提純方案，同時(shí)還可提供成套石英礦選礦設(shè)計(jì)及后期項(xiàng)目運(yùn)行管理服務(wù)，如有需求，歡迎咨詢。