石(shi)英原(yuan)料(liao)的(de)雜(za)質(zhi)賦存狀(zhuang)態(tai)及去(qu)除方法(fa)研究

 石(shi)英砂(sha)的(de)用途(tu)不同(tong)，對(dui)於雜(za)質(zhi)元(yuan)素(su)的(de)種類(lei)和(he)含(han)量要(yao)求也存(cun)在(zai)差(cha)異。由(you)於不同(tong)地(di)區成(cheng)礦(kuang)條件(jian)不(bu)同(tong)，石(shi)英中(zhong)雜(za)質(zhi)也(ye)各有不同(tong)。天(tian)然(ran)石(shi)英礦(kuang)物根據伴(ban)生(sheng)雜(za)質(zhi)大(da)小(xiao)、分(fen)布、存在(zai)形式(shi)等(deng)特(te)性(xing)可分(fen)為脈石礦(kuang)物雜(za)質(zhi)、包(bao)裹(guo)體雜(za)質(zhi)和(he)晶(jing)體結(jie)構(gou)雜(za)質(zhi)三(san)類。

1.1 脈石礦(kuang)物雜(za)質(zhi)共(gong)伴(ban)生(sheng)獨立(li)脈石礦(kuang)物主(zhu)要有長石(shi)、雲母、金(jin)紅石、方解石、赤鐵(tie)礦(kuang)和黏土(tu)礦(kuang)物等，是石(shi)英雜(za)質(zhi)元(yuan)素(su)的(de)主(zhu)要載(zai)體礦(kuang)物，主(zhu)要的(de)雜(za)質(zhi)元(yuan)素(su)有Al、Fe、Ca、Mg、Li、Na、K、Ti、B、H等。這類(lei)礦(kuang)物較易去(qu)除，將(jiang)其(qi)單體(ti)解離開(kai)，通過(guo)常規選礦(kuang)技術即(ji)可去(qu)除。

1.2 包(bao)裹(guo)體雜(za)質(zhi)矽質(zhi)原(yuan)料(liao)在(zai)結(jie)晶(jing)時(shi)，由(you)於成(cheng)礦(kuang)時(shi)的(de)各種因(yin)素，導致(zhi)結(jie)晶(jing)時(shi)產生(sheng)空(kong)穴，構(gou)造(zao)發(fa)生缺陷(xian)，他(ta)類礦(kuang)物的(de)溶(rong)液(ye)註入(ru)其(qi)中(zhong)，生長(chang)過(guo)程(cheng)中(zhong)被石(shi)英包(bao)圍(wei)便形成(cheng)了(le)包(bao)裹(guo)體。石(shi)英礦(kuang)物中(zhong)存在(zai)大(da)量流(liu)體包(bao)裹(guo)體，流(liu)體包(bao)裹(guo)體的(de)種類(lei)、尺(chi)寸(cun)和含(han)量對(dui)高(gao)純石英的(de)質量有著(zhe)重要(yao)的(de)影響(xiang)。石英中(zhong)流體(ti)包(bao)裹(guo)體按(an)內含(han)物質狀(zhuang)態(tai)可以(yi)分(fen)為純氣(qi)體、純液(ye)體、氣(qi)液(ye)混(hun)合包(bao)裹(guo)體和(he)三(san)相包(bao)裹(guo)體。雖(sui)然(ran)經(jing)過(guo)高(gao)溫煆(duan)燒(shao)、反(fan)復(fu)強化混(hun)合酸(suan)浸(jin)、堿(jian)浸(jin)和(he)熱(re)壓(ya)浸出(chu)後能顯(xian)著降低雜(za)質(zhi)含(han)量，但普(pu)遍(bian)含(han)有大(da)量流(liu)體包(bao)裹(guo)體的(de)石英很難(nan)被加(jia)工為高(gao)純石英。

1.3 晶(jing)格結(jie)構(gou)雜(za)質(zhi)石(shi)英中(zhong)晶(jing)體結(jie)構(gou)雜(za)質(zhi)分(fen)為晶(jing)格雜(za)質(zhi)和(he)非(fei)晶(jing)格雜(za)質(zhi)。晶(jing)格雜(za)質(zhi)主(zhu)要由(you)他(ta)類原(yuan)子以(yi)類(lei)質同(tong)象(xiang)的(de)方式取(qu)代(dai)矽氧(yang)四(si)面體(ti)中(zhong)的(de)矽原(yuan)子，主(zhu)要雜(za)質(zhi)元(yuan)素(su)有Al3+、Ti4+、Ge4+等。其(qi)中(zhong)微量元(yuan)素替代(dai)石(shi)英中(zhong)的(de)矽原(yuan)子主(zhu)要有等價(jia)替代、離(li)子(zi)團替代(dai)和電(dian)荷補(bu)償(chang)三(san)種替(ti)代(dai)方式。由(you)於Al3+和Si4+半徑相近(jin)，Al3+替(ti)代Si原(yuan)子最(zui)為常見(jian)，Al3+替(ti)代(dai)Si4+後為了(le)達到(dao)電(dian)荷平(ping)衡，首先由(you)正(zheng)壹價(jia)堿(jian)金(jin)屬(shu)離子(如Li+，Na+，K+ )以(yi)及H+來補(bu)償(chang)，如果(guo)堿(jian)金(jin)屬(shu)離子不(bu)足，有時(shi)用正(zheng)二(er)價的(de)Ca2+，Mg2+離子(zi)及部(bu)分(fen)過(guo)渡(du)金(jin)屬(shu)離子來補(bu)償(chang)，從(cong)而堿(jian)金(jin)屬(shu)離子(Li+，Na+，K+ )以(yi)及H+等可作(zuo)為電荷補(bu)償(chang)離(li)子進(jin)入石(shi)英晶(jing)格而賦存於石英晶(jing)格間(jian)隙中(zhong)，因(yin)此(ci)可以通(tong)過(guo)石英中(zhong)Al的(de)含(han)量判(pan)斷石(shi)英原(yuan)料(liao)的(de)質量。

2.1 煆燒(shao)-水(shui)淬對石英進(jin)行煆燒(shao)和(he)水(shui)淬。石英在(zai)高(gao)溫煆(duan)燒(shao)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao)，石英晶(jing)體會發(fa)生膨脹(zhang)，促(cu)使(shi)石(shi)英表面產(chan)生大(da)量的(de)裂(lie)紋(wen)。裂(lie)紋(wen)通(tong)常(chang)出(chu)現(xian)在(zai)界面處以及晶(jing)體結(jie)構(gou)的(de)缺陷(xian)處(chu)，通(tong)過(guo)改變煆(duan)燒的(de)溫度(du)和時(shi)間，使(shi)包(bao)裹(guo)體破(po)裂(lie)，雜(za)質(zhi)暴(bao)露(lu)於新(xin)的(de)表面，從(cong)而在(zai)後續的(de)流程(cheng)中(zhong)能夠(gou)被有效去(qu)除。白(bai)佳星(xing)等(deng)對石(shi)英砂(sha)原(yuan)料(liao)焙燒(shao)後，隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)至900℃，保(bao)溫(wen)時(shi)間2h後，雜(za)質(zhi)鐵(tie)的(de)去(qu)除率達41%，同(tong)時(shi)發(fa)現石英原(yuan)料(liao)的(de)水(shui)吸(xi)收峰(feng)大(da)幅度(du)減(jian)少(shao)，說(shuo)明石(shi)英砂(sha)內(nei)部(bu)的(de)包(bao)裹(guo)體經(jing)焙燒(shao)處理(li)後被(bei)去(qu)除，達到(dao)了(le)提(ti)純效果(guo)。

2.2 水(shui)洗-分(fen)級脫(tuo)泥-擦洗石英原(yuan)礦(kuang)磨(mo)礦(kuang)過(guo)程(cheng)中(zhong)部(bu)分(fen)易泥化礦(kuang)物形成(cheng)微(wei)細(xi)粒(li)的(de)礦(kuang)泥，會對後續選別造(zao)成(cheng)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)，水(shui)洗和分(fen)級脫(tuo)泥對於石英礦(kuang)表面附(fu)著(zhe)的(de)泥土礦(kuang)物具有較好(hao)的(de)剔(ti)除效果。擦洗是在(zai)機(ji)械(xie)外(wai)力(li)和砂(sha)粒(li)間的(de)磨(mo)粒剝(bo)離(li)力(li)的(de)作(zuo)用下，將(jiang)石(shi)英砂(sha)表面的(de)薄(bo)膜(mo)鐵(tie)、粘性(xing)和渾濁雜(za)質(zhi)礦(kuang)物去(qu)除，再通(tong)過(guo)脫(tuo)泥工藝(yi)達到(dao)石(shi)英砂(sha)的(de)除雜(za)效(xiao)果(guo)。擦洗機的(de)結(jie)構(gou)、擦洗時(shi)間、擦洗樣品的(de)濃度(du)、擦洗的(de)次數等(deng)工藝因(yin)素都影響著(zhe)最(zui)終(zhong)擦洗效果(guo)。擦洗技術主(zhu)要分(fen)為棒(bang)磨(mo)擦洗和機(ji)械(xie)擦洗。機械(xie)擦洗可應用於企業加(jia)工，可(ke)以(yi)生(sheng)產大(da)量產(chan)品，並且(qie)操(cao)作(zuo)簡單(dan)，成(cheng)本低，缺點是除鐵(tie)率較低。在(zai)棒(bang)磨(mo)擦洗工藝(yi)中(zhong)，加(jia)入適當(dang)的(de)藥劑(ji)，增大(da)雜(za)質(zhi)礦(kuang)物與石英顆(ke)粒(li)表面的(de)電斥(chi)力，增強雜(za)質(zhi)礦(kuang)物與石英顆(ke)粒(li)之間(jian)的(de)分(fen)離。與機械(xie)擦洗相比，棒(bang)磨(mo)擦洗的(de)效果(guo)優(you)於機械(xie)擦洗，但無法(fa)大(da)規模生產應用。

2.3 重選(xuan)-磁選(xuan)-浮(fu)選(xuan)重選(xuan)是根(gen)據礦(kuang)物重力(li)的(de)不同(tong)對(dui)礦(kuang)物進(jin)行篩選(xuan)。礦(kuang)物顆(ke)粒(li)由(you)於密度的(de)不同(tong)在(zai)介質中(zhong)受(shou)流體(ti)力(li)和(he)機械(xie)力(li)的(de)影響(xiang)不同(tong)，產(chan)生松(song)散(san)的(de)分(fen)層，從而礦(kuang)石顆(ke)粒(li)被分(fen)離。磁選(xuan)是利(li)用石(shi)英中(zhong)雜(za)質(zhi)礦(kuang)物的(de)磁導率(lv)的(de)差異，在(zai)磁場(chang)的(de)作(zuo)用下，使(shi)具有磁性(xing)的(de)雜(za)質(zhi)礦(kuang)物得(de)以選(xuan)出。石英砂(sha)中(zhong)的(de)石英是反(fan)磁性(xing)物質，在(zai)磁場(chang)中(zhong)不能被(bei)磁化(hua)，而其(qi)中(zhong)含(han)Fe、Ti的(de)雜(za)質(zhi)大(da)多是順(shun)磁性(xing)物質，可(ke)以被磁化(hua)，從而通過(guo)磁選(xuan)可以(yi)除去(qu)含(han)Fe、Ti的(de)雜(za)質(zhi)，獲(huo)得(de)很高(gao)的(de)石英砂(sha)含(han)量。影(ying)響磁選(xuan)效果(guo)的(de)因(yin)素有磁場(chang)強度(du)、礦(kuang)漿濃度、礦(kuang)石粒度等。浮(fu)選(xuan)是利(li)用礦(kuang)物表面的(de)天然(ran)或(huo)疏水(shui)性(xing)，攪(jiao)拌樣品產生氣(qi)泡，然(ran)後氣(qi)泡將(jiang)礦(kuang)石顆(ke)粒(li)帶(dai)到(dao)氣(qi)泡層(ceng)進(jin)行提(ti)純。目前石(shi)英浮(fu)選(xuan)的(de)方法(fa)有三(san)種：無(wu)氟(fu)有酸(suan)法(fa)、無氟(fu)無酸(suan)法(fa)、有氟(fu)有酸(suan)法(fa)。根據雜(za)質(zhi)礦(kuang)物的(de)種類(lei)又(you)分(fen)為正(zheng)浮(fu)選(xuan)和反浮(fu)選(xuan)。由(you)於石英中(zhong)存在(zai)大(da)量的(de)雲母和長(chang)石(shi)，他(ta)們的(de)表面性(xing)質與石英相同(tong)，在(zai)浮(fu)選(xuan)過(guo)程(cheng)中(zhong)難(nan)度較大(da)。雖(sui)然(ran)可(ke)以去(qu)除，但是僅(jin)在(zai)表面去(qu)除。影響浮(fu)選(xuan)效果的(de)因(yin)素主(zhu)要有浮(fu)選(xuan)藥劑的(de)選擇(ze)、礦(kuang)漿的(de)濃度(du)、礦(kuang)漿的(de)pH值、石(shi)英粒度(du)等(deng)。磁選(xuan)、浮(fu)選(xuan)工藝對單(dan)體(ti)解離度(du)要求較高(gao)，對破(po)碎到(dao)中(zhong)細粒(li)的(de)石英的(de)提(ti)純效果(guo)較好(hao)，壹般用於生產石(shi)英粉或(huo)作(zuo)為生產(chan)石(shi)英砂(sha)的(de)前期(qi)處理(li)工(gong)藝，但不適用於嵌布粒(li)度較細，嵌(qian)布(bu)關(guan)系(xi)復(fu)雜(za)的(de)石英礦(kuang)。

2.4 酸(suan)浸(jin)礦(kuang)物包(bao)裹(guo)體混(hun)合酸(suan)溶(rong)解利(li)用石(shi)英只能溶(rong)解在(zai)氫氟(fu)酸(suan)中(zhong)，而其(qi)他(ta)礦(kuang)物包(bao)裹(guo)體雜(za)質(zhi)能被(bei)酸(suan)溶(rong)解的(de)特(te)點(dian)，實現石英與雜(za)質(zhi)的(de)分(fen)離，常用的(de)酸(suan)有硫(liu)酸(suan)、鹽(yan)酸(suan)、硝(xiao)酸(suan)、氫氟(fu)酸(suan)等(deng)。硫(liu)酸(suan)對(dui)硫(liu)化礦(kuang)、黃(huang)鐵(tie)礦(kuang)等溶(rong)解效果(guo)好(hao)，鹽酸(suan)對(dui)方解石、白(bai)雲石(shi)、方鉛(qian)礦(kuang)等溶(rong)解效果(guo)好(hao)，硝酸(suan)對(dui)黃(huang)鐵(tie)礦(kuang)、白(bai)鐵(tie)礦(kuang)、砷黃(huang)鐵(tie)礦(kuang)等溶(rong)解效果(guo)好(hao)，氫氟(fu)酸(suan)對(dui)矽酸(suan)鹽(yan)礦(kuang)物有較好(hao)溶(rong)解性(xing)。天然(ran)石(shi)英礦(kuang)物中(zhong)雜(za)質(zhi)種類(lei)多(duo)且(qie)存(cun)在(zai)形式(shi)復(fu)雜(za)，使(shi)用混(hun)合酸(suan)溶(rong)解石英中(zhong)礦(kuang)物包(bao)裹(guo)體雜(za)質(zhi)對(dui)石(shi)英砂(sha)提(ti)純研(yan)究(jiu)發(fa)現酸(suan)浸(jin)過(guo)程(cheng)中(zhong)使(shi)用混(hun)合酸(suan)去(qu)除雜(za)質(zhi)的(de)效果(guo)比較好(hao)，石英會被氫氟(fu)酸(suan)溶(rong)解，所以混(hun)合酸(suan)中(zhong)氫氟(fu)酸(suan)濃(nong)度(du)不(bu)宜(yi)過(guo)高(gao)。影響(xiang)酸(suan)浸(jin)效(xiao)果(guo)的(de)因(yin)素有：酸(suan)浸(jin)時(shi)間、酸(suan)的(de)濃度(du)、洗滌(di)過(guo)程(cheng)和溫(wen)度(du)等。

2.5 高(gao)溫氯(lv)化(hua)脫(tuo)氣(qi)法(fa)高(gao)溫氯(lv)化(hua)脫(tuo)氣(qi)法(fa)對氣(qi)液(ye)包(bao)裹(guo)體的(de)去(qu)除是有壹定的(de)效果(guo)的(de)，然(ran)而壹些金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)物的(de)氯(lv)化(hua)機理(li)仍(reng)然(ran)比較復(fu)雜(za)，特(te)別是高(gao)溫氯(lv)化(hua)的(de)起(qi)始溫(wen)度還是個(ge)難(nan)題(ti)，美國(guo)尤尼明公(gong)司主(zhu)要采(cai)用此(ci)技術生(sheng)產高(gao)純石英砂(sha)，在(zai)這項(xiang)技(ji)術上尤尼(ni)明壹(yi)直處(chu)於重要(yao)地位。Sato和Kemmochi等(deng)通過(guo)建(jian)立(li)在(zai)現(xian)有的(de)研究(jiu)成(cheng)果(guo)上，將(jiang)高(gao)溫氯(lv)化(hua)、磁選(xuan)、電選(xuan)等(deng)手(shou)段與當(dang)時(shi)的(de)工藝(yi)結(jie)合，使(shi)石(shi)英砂(sha)中(zhong)的(de)雜(za)質(zhi)含(han)量大(da)幅度(du)的(de)降低(di)，達到(dao)了(le)生產(chan)高(gao)檔石(shi)英材料(liao)的(de)標(biao)準(zhun)。

2.6 高(gao)溫爆(bao)裂(lie)法(fa)石英在(zai)高(gao)溫焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)中(zhong)，隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)，流體(ti)包(bao)裹(guo)體內(nei)部(bu)壓(ya)力大(da)於石英對包(bao)裹(guo)體束(shu)縛壓(ya)力，流(liu)體包(bao)裹(guo)體發(fa)生突然(ran)爆(bao)裂(lie)內(nei)部(bu)雜(za)質(zhi)得(de)以釋(shi)放(fang)，再經(jing)後續酸(suan)清(qing)洗(xi)可(ke)以(yi)溶(rong)解流體(ti)包(bao)裹(guo)體內(nei)部(bu)雜(za)質(zhi)。絕大(da)數流(liu)體包(bao)裹(guo)體達(da)到(dao)均(jun)壹溫(wen)度後便(bian)可爆(bao)裂(lie)，但並不是所有的(de)流體(ti)包(bao)裹(guo)體都可以高(gao)溫爆(bao)裂(lie)。流(liu)體(ti)包(bao)裹(guo)體高(gao)溫爆(bao)裂(lie)時(shi)其(qi)內壓(ya)的(de)增大(da)主(zhu)要是通(tong)過(guo)溫度(du)升(sheng)高(gao)實現(xian)，適當(dang)的(de)選擇(ze)更高(gao)溫度(du)對(dui)流(liu)體包(bao)裹(guo)體的(de)爆裂(lie)可(ke)能會產生(sheng)更好(hao)的(de)效果(guo)。高(gao)溫真(zhen)空(kong)焙燒(shao)時(shi)，石英內部(bu)流體(ti)包(bao)裹(guo)體受(shou)熱膨(peng)脹(zhang)內壓(ya)劇增，同(tong)時(shi)由(you)於爐(lu)內保(bao)持(chi)較高(gao)真(zhen)空(kong)度，流(liu)體包(bao)裹(guo)體內(nei)外形成(cheng)巨(ju)大(da)的(de)壓(ya)力差(cha)，增加(jia)了(le)流體(ti)包(bao)裹(guo)體爆(bao)裂(lie)的(de)可能性(xing)。

石英在(zai)現(xian)代科學和(he)技術領(ling)域的(de)重要(yao)地位和作(zuo)用越(yue)來越(yue)凸(tu)顯(xian)，其(qi)礦(kuang)物學的(de)研究(jiu)對於了(le)解雜(za)質(zhi)礦(kuang)物特(te)性(xing)和選(xuan)擇分(fen)離石英的(de)工藝(yi)至關(guan)重要(yao)。天然(ran)石(shi)英中(zhong)雜(za)質(zhi)元(yuan)素(su)的(de)賦存狀(zhuang)態(tai)、石英嵌布(bu)特(te)征(zheng)、包(bao)裹(guo)體數量大(da)小(xiao)以及晶(jing)格雜(za)質(zhi)等(deng)是選(xuan)擇石英原(yuan)料(liao)合適的(de)雜(za)質(zhi)分(fen)離方案的(de)重要(yao)支(zhi)撐(cheng)。因(yin)此(ci)分(fen)析石英原(yuan)料(liao)的(de)雜(za)質(zhi)賦存狀(zhuang)態(tai)，對於後續選擇(ze)合(he)適的(de)石英除雜(za)提(ti)純方案是非(fei)常(chang)有必(bi)要(yao)的(de)。