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高纯石英因其良好的光学特性、耐腐蚀性及热稳定性,被广泛应用于制备光导纤维、太阳能电池、石英坩埚、大口径石英管、单晶和多晶硅。基于高纯石英重要的战略地位,美国、德国等垄断了高纯石英的制备技术。近年来我国高纯石英制备技术也得到了长足发展,但由于我国法律制度还不够完善,表征技术还不够成熟,同时基于对科研成果的保护和科学结论的严谨态度,完善的高纯石英制备技术还是鲜见报端。

高纯石英质量主要受到二氧化硅含量、杂质金属含量和粒度三个方面的影响,一般认为高纯石英是二氧化硅含量大于99.9%(wt%)的α-石英或β-石英;高纯石英粒度在105μm以上的称为石英砂,105μm以下的称为石英粉,其对金属杂质和流体包裹体含量也有特殊要求,几乎不允许Li、Na、K、Ca、Fe、Mn、Ti、B、P和羟基水的存在,对Al等杂质金属含量也有严格要求。

我国高纯石英提纯研究进展

从成熟的磁选、浮选、常温酸浸出工艺,到后来引入的擦洗、煅烧、水淬、热震荡等预处理工艺,还有近来发展的热压浸出、化学合成、微波酸浸出、气氛焙烧工艺,见证了我国无数科技工作者在寻求高纯石英的更高水平的过程中的累累硕果。从简单的磁选除铁到强磁选-浮选-酸浸出联合工艺,从单酸浸出到混合酸的热压浸出,从以前的选别到现在的化学合成,从低端石英到高档石英,从单一的质量要求到对羟基水、主要杂质金属含量和石英结晶程度的严格要求,技术的进步意味着石英产品品质的全面提升,然而与国际水平的差距却鞭策着选矿工作者不断前进。

我国高纯石英提纯存在的问题

01

理论研究少

高纯石英的制备集中于工艺研究太多但理论研究较少。无论是磁选、浮选还是酸浸出,这些石英的制备工艺都已经被研究的相当透彻,但关于工艺矿物学研究与杂质元素迁移机理知之甚少,且与实践脱节。国内还有相当一部分石英选矿停留在简单的工艺套用阶段;在没有查明石英中杂质矿物的种类、赋存状态的情况下,简单的套用前人的工艺还很普遍。石英晶格与包裹体中杂质元素的迁移机理研究较少,单纯的讨论机理或者几乎看不到机理研究的现状使得我国高纯石英的理论研究止步不前,加快高纯石英制备的理论研究是当务之急。

01

原矿质量差

石英原料质量较差,主要杂质元素Al、Ca、Na太高。我国用于制备高纯石英的优质水晶矿较少,原料主要以脉石英砂为主;其中赋存有大量的次生矿物、假次生气液包裹体,酸浸出过程中耗酸量较大,制备的高纯石英元素Al、Ca、Na的含量还是较高;且石英结晶度不好,影响产品质量。

01

评价体系不完善

高纯石英产品评价体系不完善。石斌,刘岫峰等(2013)建立了高纯石英砂粒度分析与粒度评价体系,填补了高纯石英砂粒度分布研究和评价体系空白,为高纯石英矿石研究、高纯石英砂制备、高技术石英玻璃熔制工艺以及贸易往来提供统一而精细的粒度评价依据。然而包括石英中非金属杂质元素含量、羟基水含量的在内的其他产品标准几乎都是空白,这应当是我国科技工作者潜心研究的地方。

来源:林敏《我国高纯石英制备技术现状》


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