這7種石英提純“新”工藝，你是否都了解？

1  高溫真空處理

該工藝指溫度在1000℃以上，0.01Mpa的真空狀態下，氣液包裹體內外形成巨大的壓力差使其發生爆裂，同時，高溫真空狀態有利于脫去石英砂中的羥基。
高溫焙燒過程中石英晶格會發生轉型，低溫下由a-石英變為β-石英，隨著反應溫度進一步升高會再次轉變為方石英。石英晶格轉變是通過石英晶格中Si-O鍵鍵角的變化而發生的，當石英晶格發生變形時，其晶格體積發生變化導致原石英晶體內部的結構平衡被破壞，晶格中雜質金屬元素不再保持穩定狀態，發生一系列的熱運動，最終擴散至石英晶格表面并氣化擴散至石英表面。
同時在高溫真空焙燒條件下，石英砂中的氣液包裹體受熱膨脹，在石英晶格發生變形時隨著晶格體積的變化發生破裂，將包裹體內部的雜質暴露出來，并受到內外濃度差的影響最終氣化擴散出去，從而達到石英純化的目的。

高溫真空焙燒裝置圖

2 氯化焙燒

氯化焙燒又稱氯化脫氣，利用顆粒表面與內部在高濃氯氣作用下產生的化學位梯度，促使氣液包裹體擴散出去。石英顆粒表層的堿金屬、堿土金屬和殘余的包裹體等雜質在高溫下與氯氣反應生成氣態氯化物，相較于其他金屬離子，Al和B的反應活性較低，高溫氣流將這些雜質元素的氯化物帶走，從而達到深度提純的目的。
氯化焙燒是一種深度提純工藝，成本較高，處理能力有限，具有一定危險性。當前，僅有美國矽比科等極少數幾家公司實現該工藝的工業應用。
該工藝對進料要求較高，一般是經過傳統工藝提純后，SiO₂純度達到99.99%，雜質總量小于100×10^-6的石英砂才能滿足進料要求。氯化焙燒的裝置多為自行設計，還沒有統一的標準設備，仍處于不斷發展完善過程中。
根據氯化劑的種類，氯化焙燒可分為固態氯化焙燒和氣態氯化焙燒。其中：固態氯化焙燒所使用的氯化劑一般為NaCl、CaCl₂、NH₄Cl；氣態氯化焙燒所使用的氯化劑一般為Cl₂、HCl。

3 超導磁選

超導選是將超導技術引入工業選礦的一種新的礦物提純的方法，超導材料能產生超導磁場，能使石英中的微小雜質和固態包裹體在超導磁場中磁化而被選出，這對去除石英中的異礦物和固態包裹體有很大的作用，是高純度石英原料提純工藝的重要工序和裝備。
超導磁選機作為國內磁選裝備中的選礦裝備，其關鍵技術在于通過低溫技術來處理線圈，使線圈達到超導狀態，以提高磁體所產生的背景場強。
超導磁選機的工作原理，是利用鈦、鈮三錫等超導材料制作的超導線，通過后期加工，將超導線環繞成特種線圈置于密閉良好的低溫杜瓦中。采用液氦浸泡及制冷系統傳導冷卻的方式，使超導線圈工作環境溫度維持在-268.8℃左右，此時超導線圈電阻為零。由于纏繞線圈電阻為零，電導率為無窮大，可以承載更大的電流，增加超導線圈匝數，以螺旋管的方式進行繞制，最終可獲得超高的背景磁場。

4 電選

靜電分選是利用高壓靜電進行物料的分離、提純的技術，它利用物質的導電特性、介電常數的不同，使其在電場中荷電，根據物料顆粒受到靜電力、重力、離心力等作用力的差異，導致礦物顆粒在電場中的運動軌跡不同，從而實現礦物分選的一種物理選礦方法。電選工藝簡單，且是干式作業，不存在廢水污染及處理問題，是一項具有巨大發展潛力和廣闊應用前景的技術。

近幾十年來電選普遍應用于稀有金屬礦精選，在有色金屬礦、非金屬礦甚至黑色金屬礦的選礦中也得到了廣泛應用。在城市固廢回收利用方面電選也有廣泛應用，重點是粉煤灰脫炭、廢棄塑料分選，廢舊家電回收等；還包括從工業廢料中有價值資源的回收，如冶煉金屬硅渣、金屬切割磨屑等。
電選裝備，作為成熟的物理選礦設備，具有技術成熟、控制簡便、效果穩定等特點，也可以有效降低高純石英中的金屬雜質，減少后續工藝復雜性，在高純石英除雜中發揮著有力的作用。

5 超聲波處理

超聲波具有安全、高效、穩定等特點，超聲波的頻率為2x10⁴~10⁹Hz之間。當超聲波在水（或）溶液中發出時，會產生許多壓縮、膨脹區域，導致了無數微氣泡（空化泡）的形成和破裂，這種情況被稱為空化現象。

當空化泡崩潰時，在極短時間和極小空間內，產生5000K以上的高溫和大約5x10⁷Pa的高壓，溫度變化率高達109K/s，并伴生強烈的沖擊波和時速達400km的射流，對液體中的石英砂顆粒進行猛烈的沖擊，在這種劇烈的沖擊下，顆粒表面的微量雜質迅速地從顆粒表面脫落，從而達到提純的作用。

6 微波焙燒

微波焙燒是利用不同材料之間介電常數的差異，使石英砂中的氣液包裹體快速升溫汽化，極大的壓強使石英砂破裂，從而實現氣液包裹體的去除。

常規焙燒和微波焙燒原理示意圖

7 摻雜提純

摻雜提純是高溫條件下使摻入的元素與雜質元素反應生成易溶于水或酸的物質，而后水洗或酸洗提純。

研究人員采用雜質總含量為41.94x10^-6的石英粉，先后摻入NaNO₃、Al(NO₃)₃·9H₂O，在900℃下煅燒，獲得石英精砂雜質總量小于25x10^-6，達到IOTA-Std標準。