水晶石英

2025年3月27日

水晶曾是高纯石英生产的主要原料。随着天然水晶资源的枯竭和高纯石英砂需求的增加，利用石英矿石代替水晶生产高纯石英砂的技术越来越重要。

根据不同的成矿和物理化学性质，石英矿物可以分为岩浆岩型、变质型、热液型和沉积型。其中，花岗岩伟晶岩和脉石英中的石英颗粒粒径较大，易于从单体中解离。它们是加工高纯石英中端和高端产品的理想原料，尤其是花岗岩伟晶岩。尽管其石英含量只有大约30%，但石英颗粒极为粗大（d>5mm），在磨碎后完全与脉石分离，单一石英杂质的含量很少。

中国已知的石英矿物包括23.1亿吨石英岩、15.5亿吨石英砂岩和50万吨石英。尚未发现具有工业价值的大型花岗岩伟晶岩矿床。由于中国石英资源的独特特征，确定了从脉石英和石英岩等质量较差的石英原材料中制备高纯石英是未来研究的主要方向。

石英杂质分析

天然石英杂质可以根据其大小、分布以及伴随杂质的存在分为三类：废石矿物杂质、包裹体杂质和晶体结构杂质。常见的伴随矿物杂质有长石、云母、钛铁矿、方解石、萤石、赤铁矿、黄铁矿以及粘土矿物。主要的杂质元素有铝、铁、钙、镁、锂、钠、钾、钛、硼、氢。

其中，铝和铁是石英中最有害的杂质，不仅可以以伴随矿物的形式存在，而且还容易在石英晶格中替代Si4+，形成新的铝氧四面体和铁氧四面体。由于晶格中的电荷缺陷，引入了K+、Na+、Li+和H+等电荷补偿杂质。铝和铁杂质相对较容易被检测到。

伴随的废石矿物可以通过常规的物理和化学选矿方法有效去除，而包裹体的结构可以通过高温焙烧破坏。经过酸浸和碱浸的多次强化处理后，杂质含量可以显著降低。然而，石英晶格中的杂质难以去除，晶格中的杂质通常成为高纯石英砂加工中的最终瓶颈。

加工流程

高纯石英的加工流程是指去除原石英矿中伴随废石、包裹体杂质和晶体结构杂质的过程，通常包括焙烧、水淬、研磨、分级、水脱泥、清洗、电选、磁选、浮选、酸浸、碱浸、高温（气氛）焙烧等工艺。

高纯石英砂是杂质含量为0.0008%~0.005%，SiO2含量为99.995%~99.999%的石英砂。此产品仍由少数发达国家生产。在中国，只有太平洋石英公司、凯达石英公司等几家企业，数量不多，且通过晶体作为原材料进行生产。由于技术封锁，关于高纯石英制造企业的技术和工艺细节的报道，尤其是相关外资公司，非常稀少。原则上，高纯石英是通过对脉石英和花岗岩进行焙烧-水淬-研磨分级-清洗-重力分离-磁选-浮选-氯化焙烧-化学酸浸的联合工艺处理而成。目前，国内企业能够生产的高纯石英砂主要是中低品位的高纯石英砂，杂质含量为0.03%~0.005%，SiO2含量为99.97%~99.995%。

对于一般工业用途的精炼石英砂，尽可能选择相对简单的工艺流程可以降低选矿和净化的成本。建议采用清洗-脱泥-磁选工艺，以满足细砂的质量要求。对于作为高科技砂使用的高纯和超高纯石英砂，需要进一步通过浮选、酸浸、高温（气氛）焙烧等工艺对石英砂进行净化。高纯和超高纯石英砂的质量要求通常是SiO2含量大于99.99%，Fe2O3含量小于0.001%。净化过程不仅要严格控制选择条件，还要对相应的净化设备提出更严格的要求，以防止二次污染。