中國粉體網訊 以天然石英礦物為原料是獲取廣泛應用于高科技領域重要非金屬礦物材料高純石英的主要途徑。而針對資源品質開展提純的研究工作是石英產業技術進步的基礎。2021年11月18-19日，由中國粉體網主辦的“2021（第五屆）全國石英大會暨展覽會”于江西贛州隆重召開。會議期間，我們邀請到武漢理工大學礦物資源加工與環境湖北省重點實驗室副主任張凌燕做客“對話”欄目，重點圍繞石英礦石資源概況、選礦提純、發展建議等進行探討交流。
武漢理工大學 礦物資源加工與環境湖北省重點實驗室副主任張凌燕
石英原料應用與礦石種類
石英在自然界中的分布十分廣泛，成因多種多樣。張教授表示目前能夠作為工業應用的石英礦物資源主要有7種礦床工業類型：天然水晶、石英砂巖、石英巖、脈石英、粉石英、天然石英砂和花崗巖石英。
由于不同礦床工業類型的形成地質條件不同，使石英的礦床規模大小、礦石組成結構以及石英的晶體結構、晶體化學、粒度、球度和圓度等都存在較大差別。因此，石英礦床工業類型與工業應用特點有著密切的關系，不同的礦床工業類型的石英有不同的應用特點。
石英礦床工業類型與應用特點的關系
根據張教授的分析，天然水晶、脈石英、花崗巖石英可應用于高端用途，但是資源稀缺，大型優質石英礦床尤其稀缺，這也是國內高純石英砂的原料還主要依賴于進口的主要原因之一。張教授建議，一方面，應加大優質石英礦床的勘查力度；另一方面，從政策層面，應加大對資源的管控，提高石英開采、生產等門檻。
不同應用領域的主要技術要求
與其他非金屬礦相比，石英礦物原料工業應用的一個顯著特點是同時存在三種形式：一是利用礦物晶體固有的物理和物理化學性質，如3D打印砂、結晶硅微粉等；二是提供有用化學成分，也是硅酸鹽材料的最基本原料，包括普通玻璃及各類功能玻璃等；三是通過冶金渠道提取有用元素Si，目前是金屬硅及其提純加工產物多晶硅和單晶硅的唯一原料。
石英礦物原料工業應用的三種形式與應用實例示意圖
據張教授介紹，目前，石英礦物原料一般用途包括玻璃、鑄造、陶瓷、耐火材料、冶金、建筑、化工、塑料、橡膠、磨料等領域。高端用途（大于99.9%甚至99.99%的超高純石英）包括電子及微電子設備、先進制造、光學纖維、太陽能光伏發電產業、半導體材料、高等級光學材料、航天器視窗等領域。
不同應用領域的主要技術要求不同。據張教授介紹，常規用途的石英原料，一般來講雜質組分可能是幾百到幾千個ppm水平，硅含量一般要求低于2個9，粒度要求也相對比較低。對于高端用途的石英原料，硅含量要求高，3個9到4個9，甚至更高；對雜質總量要求控制在50ppm以內，有的甚至要求在20ppm以內；此外鋁雜質難以去除，石英原料也常因鋁雜質難以有效降低而在高端領域應用受限。從這個角度上講，石英原料去除鋁是用于高端用途的一個比較重要的點。
各應用領域的主要技術要求
石英礦石的選礦提純，因“礦”制宜
對于石英的選礦提純，在問及如何達到理想的效果時，張教授表示目前業內往往忽視了一個重要問題：石英礦石資源、品質與加工技術是存在密切關聯性的。
高純石英質量與原料中雜質元素含量高低并不是簡單對應關系，而是與原料工藝礦物學特征所決定的雜質可選性密切相關。不同類型石英礦的礦物學特征存在明顯差異，詳細分析石英原料礦物學特征，是確定石英原礦性質、選礦提純工藝方案和產品方向的基礎。
張教授表示石英礦石的選礦提純技術的采用，不是簡單的選擇題。應該是一種礦，對應一種加工技術，一種應用方案。因“礦”制宜，實事求是，具體礦種具體分析。
目前，工業上成熟應用的石英提純傳統工藝有分選、擦洗、煅燒-水淬、磨礦、篩分、磁選、重選、浮選、酸浸、高溫脫氣等，深度提純工藝有氯化焙燒、輻照色選、超導磁選、高溫真空等等。張教授表示高端用途用石英的選礦提純是比較完整的、流程較長，往往會用到所有的選礦提純方法，需通過每個工藝節點去除一部分雜質，最終達到高純的技術要求。但依然是原料的選擇、石英原料的礦物學特征決定具體的選礦提純工藝條件、流程。
石英選礦提純工藝簡圖
結語
張教授長期從事非金屬礦選礦、超細礦物粉體的分級改性及新型礦物材料的開發等領域的基礎及應用研究。張教授表示，對于石英礦石的選礦提純，過去幾年，國內已經有了很大的進步。但對于高新技術應用領域的關鍵性原材料——高純石英，我國還需要進行合適的大型優質石英礦床的勘探，并更新加工技術與裝備
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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