高纯石英砂是高新技术产业发展的物质基础,其应用领域涉及到光纤、军事、航天工业等。这些领域对石英砂原料的纯度要求很严苛,要求石英砂中杂质含量非常低,特别是对Fe、Al等杂质含量要求很高。因此,石英砂纯化技术关乎我国高新技术领域的长远发展。
目前,高纯石英砂提纯技术被美国、德国等国家垄断,并限制提纯技术和产品对外出口,因此掌握高纯石英提纯技术意义重大。那么,石英砂的白度和纯度要如何提高呢?波涛石英砂厂家总结如下。
石英砂中矿物杂质通常以非石英矿物的形式存在,如长石、云母、石榴石、锆石、钛铁矿和许多其它矿物。这些杂质的存在方式主要有以下几种:
1、作为松散的伴生矿物,未与石英晶体发生化学结合;
2、作为矿物碎片,在其表面化学和物理上与石英晶体结合,这类杂质主要为含铁矿物和含铝矿物;
3、被石英颗粒包裹或被相互结合的石英晶体包围的矿物;
4、作为间隙离子取代硅,这些杂质主要有:Al3+、Fe2+、Fe3+、B3+、Ti4+、Ge4+、P5+等,这些离子取代Si4+,形成共价键。当这种情况发生时,通常会伴随着Li1+、K1+、Na1+和H1+等元素的掺杂以保持SiO2晶格的电中性。Al元素是石英矿中主要杂质元素之一,且Al3+和Si4+半径相近,易替代Si4+,其含量通常高达数千ppm,因此Al含量是石英矿质量的重要指标。
目前,将石英砂加工成高纯度石英砂的重要过程是除铁提纯。分两个步骤:初步纯化和精细纯化。
一、初步纯化
首先,对石英原矿进行大致去除杂质,将异物大致清理一下,这个流程也叫做粗选,所以只是粗略的筛选一下;然后进入破碎阶段,在对石英砂进行破碎时要控制石英砂颗粒为1-20mm大小,这个需要使用破碎机进行破碎;接下来将已经破碎好了的石英砂在高温下煅烧后放在冷水中快速冷却,这一步主要的作用是去除石英砂内部汽泡、水纹和包裹在上面的一些杂质,使矿物裂开,称为水碎;然后,通过湿磨和干磨把石英砂进行超细磨碎,再对石英砂进行磁选(这一步要在磁场强度非常高的环境中进行)。磁选的目的是把石英砂里面一些含铁的物质以及弱磁性物质给筛选出来,以得到比较纯净的石英砂。
石英砂的初步纯化大致制作过程就是这些,每个阶段都要谨慎,不能省略,否则将不能达到理想的效果。
二、精细纯化
通常,经过初步提纯,石英砂中的SiO2含量可达到99.3%-99.9%。为了获得更高的纯度,需要对其进行精细纯化。
1、微生物浸出
是指利用微生物浸除石英砂颗粒表面的薄膜铁或浸染铁,这是发展起来的一种除铁技术,Fe2O3的去除率超过75%。
2、酸浸
酸浸是利用石英不溶于酸(HF酸除外),而其它杂质矿物能被酸液溶解的特点,可以实现对石英的进一步提纯。
酸浸是制备高纯度石英砂富有成果的过程。它具有洗涤,浮选,磁选等功效,可以有效去除石英砂颗粒或镶嵌物形式的镶嵌物表面,颗粒中杂质是重要的高纯度石英加工工具。酸度,时间,温度,酸洗,工艺设备等是影响酸洗效果的主要因素。
由于石英砂不溶于酸的特性,决定了超声波酸浸是石英砂生产中提高纯度、白度的重要步骤。酸洗可以有效的去除石英砂中所含的Fe2O3和铝离子等,并且酸能腐蚀掉石英石表层的黄色杂质。工业生产中通常使用草酸来对石英砂进行酸洗除杂,草酸是一种有机弱酸,大部分来源于植物代谢,产量大所以成本低。
在酸洗过程中,超声波的频率和功率、草酸浓度、石英砂的粒度、清洗时间、清洗温度、搅拌器转速等参数对石英砂的粒度和白度都会产生影响。波涛石英砂厂家经过多次试验分析发现,超声波的频率和草酸浓度对试验结果影响较大,而经过超声波处理和酸洗提纯后,能有效的去除了石英砂中铁和铝的含量,石英砂样品白度也有了明显的提高,并且没有破坏石英砂的内部晶体结构。
三、总结
白度和纯度是决定石英砂品质的重要指标,影响石英砂纯度和白度的先决因素是石英砂原矿石英石中所含的杂质(即三氧化二铁和一些其他杂质)。石英砂是一种化学性质较稳定的硅酸盐矿物质,它的主要成分是二氧化硅,其化学性质稳定,抗腐蚀,所以被广泛应用于工业及制造业。