中国粉体网讯 在现代工业体系中，高纯石英砂作为众多高端领域的关键基础材料，其纯度直接决定了产品的性能与质量。从半导体芯片制造到光通信产业，从太阳能光伏领域到高端光学仪器生产，高纯石英砂都扮演着不可或缺的角色。然而，天然石英砂中往往含有多种杂质，极大地限制了其应用范围。
目前高纯石英砂的提纯方法主要分为物理法和化学法。物理法提纯无法去除元素杂质，需要进行化学法深度提纯。化学深度提纯主要包括酸（碱、盐）处理法和热处理法，酸（碱、盐）处理主要去除以包裹体形式存在石英砂颗粒表面或镶嵌于颗粒中的杂质。
酸处理法
在经历初步物理提纯后，大部分杂质矿物已被去除，但还有少量杂质矿物处在晶界、微裂隙及晶体内，酸（碱、盐）处理法主要是为了去除这部分杂质。其中酸浸法应用最为广泛，常采用氢氟酸、硫酸、盐酸和硝酸这几种酸的混合溶液对石英砂进行提纯。
有氟浸出：混合酸协同高效除杂策略
大量试验表明，高纯石英除杂采用单一酸浸效果不佳，而采用混合酸浸则可利用不同酸产生的协同效应，有效地去除杂质。研究表明，HCl-H2C2O4-HF混合酸对Fe的去除效果较H2SO4-H2C2O4-HF混合酸的效果好，且能有效避免硫对石英精矿的污染。
张研研将煅烧水淬后的花岗伟晶岩长石尾矿利用n(HF)∶n(HCl)=1∶9的混合酸处理，得到最终产品SiO2含量99.9928%。
钟乐乐将真空焙烧后的某脉石英矿进行还原体系的热压混合酸浸，酸浸条件为HF1.2mol/L、HCl 3mol/L、HNO3 1mol/L，最终得到石英砂SiO2含量达到99.996%。
夏章杰利用H2SO4和HF进行混合酸浸，H2SO4浓度为3mol/L、HF浓度为0．5mol/L，最终测得Fe、K、Al的浸出率分别为97.31%、94．87%、86．47%。
雷绍民等人研究表明，HCl-H2C2O4-HF混合酸对Fe的去除效果较H2SO4-H2C2O4-HF混合酸的效果好，且能有效避免硫对石英精矿的污染。
无氟浸出：环保驱动下的技术探索
随着环保意识的日益增强以及国家对环境保护的重视程度不断提高，高纯石英混合酸浸中的无氟无硝工艺在未来工业实践里的重要性愈发凸显。虽然有氟浸出在高纯石英砂提纯方面已取得一定成效，但如今无氟浸出工艺正逐渐成为研究热点，备受关注，其研究进展也备受期待。
夏章杰利用热压浸出处理石英，在260℃、H3PO4浓度0.6mol/L条件下浸出4h，杂质去除率达到85.26%，Al去除率达到87%，再经过1000℃加入NaCO3焙烧，最终Al含量25.22×10-6，SiO2含量达到99.995%。
林敏在HCl和H2SO4体系中通过添加铵盐辅助催化浸出，热压浸出过程中，HCl-NH4Cl体系在最佳条件下，杂质去除率85.2%，Al去除率88.2%；H2SO4-NH4Cl体系在最佳条件下，杂质去除率84.0%，Al去除率87.5%。
裴振宇等人，采用碱浸工艺，利用氢氧化钠代替氢氟酸作为浸出剂纯化石英。研究了浸出剂浓度、浸出时间对碱浸的影响，对比了碱浸与盐酸单酸、盐酸-氢氟酸混酸浸出的效果，得出影响碱浸效果的因素和改进措施。
结果表明，碱浸时由于水合铝硅酸钠生成并附着于石英表面，严重影响浸出效果。盐酸浸出可溶解吸附在碱浸精矿表面的水合铝硅酸钠，改善碱浸效果。采用氢氧化钠浸出后再用盐酸浸出，石英中Al、Na元素含量分别由62.8μg/g和43.8μg/g降至17.01μg/g和32.88μg/g，与盐酸-氢氟酸混酸浸出后的16.32μg/g和25.34μg/g接近，碱浸工艺避免了使用氢氟酸，且达到了与传统氢氟酸工艺相近的浸出提纯效果。可作为高纯石英砂无氟制备工艺的一环，用于去除沿裂缝和位错集中分布的杂质。
现阶段，工业上还使用以HF为主的酸浸工艺，无氟无硝工艺还仅在实验室研究阶段，但已经取得了一定的成效，为今后环境友好型生产工艺的实施奠定了基础。
行业内主流酸洗配方
在高纯石英砂的提纯中，草酸（H2C2O4）和氢氟酸（HF）组成的酸洗配方可用于高纯度石英砂（SiO₂≥99.99%）的深度除杂，该配方中草酸浓度为8%-12%、氢氟酸浓度为0.5%-1.5%（重量比），主要针对铁、铝杂质，特别是晶格内包裹体。在工艺条件上，需通过石墨换热器将温度控制在65-75℃，并动态搅拌3-6小时。此外，加入少量氟硅酸（H2SiF6）可协同增效，提升对钛杂质的去除率。
盐酸（HCl）和氢氟酸（HF）混合酸洗配方：其中盐酸浓度为4-6mol/L，氢氟酸浓度为0.5%-1%，该配方适用于中低纯度（SiO2≥99.5%）石英砂的快速酸洗，具有成本较低的优势，但需严格处理废液。其工艺条件为在常温或40-50℃下进行酸洗，若选择该温度范围可将反应时间缩短至12-24小时，并且采用分步处理的方式，先利用盐酸洗出金属氧化物，再用氢氟酸溶解硅酸盐残留。
小结
综上所述，酸处理法在高纯石英砂的提纯过程中展现出了显著的成效，无论是有氟浸出利用混合酸协同效应高效除杂，还是无氟浸出在环保理念下取得的阶段性成果，都为高纯石英砂提纯技术的发展注入了新的活力。尽管当前无氟无硝工艺仍处于实验室研究阶段，但已取得的成果无疑为未来大规模工业化应用带来了希望。
参考来源：
首泰环保装备；中国粉体网
裴振宇等.脉石英碱浸提纯工艺及机理研究
武志超,张海啟,谭秀民,马亚梦,高纯石英应用及化学提纯技术研究进展
(中国粉体网编辑整理/九思)
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