高纯石英矿选矿提纯的三个阶段

今年4月，高纯石英矿正式列为我国第174号新矿种，这一战略决策源于其在半导体晶圆、光伏坩埚等“高精尖”领域的无法替代性。我国曾长期依赖美国进口，其进口依赖度高达85%。随着河南东秦岭、新疆阿勒泰高品质矿床的发现（SiO₂≥99.9%，Fe₂O₃≤10ppm），以及"矿-砂-器件"全产业链技术突破，国产高纯石英砂正加速实现从"卡脖子"到自主可控的转变。那么高纯石英矿的选矿提纯关键技术分别是哪些呢？下面我们一起来了解！

其实，高纯石英砂的选矿提纯主要为三个阶段，分别是高纯石英矿选矿预处理阶段、石英与杂质有效分离阶段及高纯石英深度提纯阶段。

一、高纯石英矿预处理

高纯石英矿预处理阶段主要是将开采后原矿石处理成适宜选别条件状态。主要包括矿石的碎磨、筛分及除铁几部分。

1、石英矿破碎磨矿

常采用三段无尘破碎，分别用颚式破碎机做粗碎，粒度碎至≤100mm；圆锥破碎机进行中碎，粒度碎至≤20mm；且破碎机上方设置密闭罩，配套袋式除尘器，粉尘排放浓度≤5mg/m³，避免破碎过程中石英砂与铁尘接触。磨矿则采用干式球磨机进行细磨，至≤0.5mm占比≥95%，磨矿浓度65%-70%，通过调节给水量控制矿浆流动性，针对细粒嵌布矿石可进一步磨至-0.1mm占比80%。

2、石英矿筛分

石英矿筛分是将磨后矿物给入振动筛分机，+0.5mm粒级返回再磨，-0.5mm粒级进入磁选，确保磁选给料粒度均匀，避免粗颗粒杂质漏选。若石英矿原矿含泥量较大（>5%）时，也可采用旋流器分级处理，用Φ350mm水力旋流器，给矿压力0.15-0.2MPa，底流浓度50%-60%，溢流中-0.045mm粒级占比≥80%，可实现细泥有效脱除。

3、石英矿磁选预先除铁

超导强磁选：是利用超导磁体产生1.5-2.0T高磁场强度，对石英中存在的钛铁矿、赤铁矿等磁性矿物实现除铁。超导磁选机采用Nb-Ti合金线圈，在液氦（-269℃）冷却下形成无电阻电流，磁场强度可达5T。

高梯度磁选：采用直径 0.3-0.5mm 的不锈钢毛作为聚磁介质，在1.2-1.5T背景磁场中形成高梯度磁场（梯度达10⁴T/m），对弱磁性黑云母、角闪石等矿物的捕收效率达90%以上。适用于-0.074mm细粒级石英砂提纯。

二、高纯石英矿选矿分离

在石英选矿技术中，常见的分离方法主要是磁选、浮选、重选及光电分选法几种方法。

1、高纯石英浮选法

无氟浮选：可以用柠檬酸作捕收剂，通过螯合作用活化石英表面的Si-OH基团，在pH=3.5-4.0条件下，使石英与长石的zeta电位差扩大至25mV，实现选择性分离；也可采用十二胺与改性脂肪酸混合药剂，在常温矿浆中形成双亲分子层，优先吸附于长石表面使其疏水上浮，然后浮选后石英砂中Al₂O₃含量从500ppm降至80ppm以下，且废水氟离子浓度<10mg/L，满足环保排放要求，进而实现浮选。

阴离子反浮选：在pH=8-9的碱性条件下，使用油酸钠作为捕收剂，云母表面的Al-OH基团与药剂形成配位键，而石英表面因Ca²⁺抑制剂作用保持亲水性，可有效实现石英与云母的浮选分离。

2、高纯石英矿重选法

离心机重选：利用离心力强化石英与密度较大杂质（如石榴子石、电气石）的沉降差异，实现重力分选。多适用于+0.1mm粗粒级高纯石英矿提纯。

摇床重选：可使用6-S型摇床处理0.074-0.5mm粒级的石英矿，对密度差≥1.5g/cm³的杂质矿物（如长石、云母）去除率达70%，石英砂中Al₂O₃含量可降低30%。

3、高纯石英矿光电分选法

LIBS激光法：通过1064nm脉冲激光激发石英颗粒表面，实时采集元素特征光谱，结合AI算法识别含杂质颗粒，高速气阀剔除。适用于+0.1mm粒级石英矿分选。

射线荧光法：利用X射线激发石英颗粒中的元素产生特征荧光，通过探测器阵列实时分析，结合图像识别技术剔除杂质颗粒，适用于-0.1mm细粒级，检测限达10ppm，分选效率达90%。

三、高纯石英矿深度提纯

1、高纯石英混合酸浸提纯

采用三元酸体系进行酸浸提纯，即HCl+H₂SO₄+HF混合酸，在80℃、液固比5:1条件下浸出2h，配合微波辅助使酸浸效率提升30%。该工艺通过络合（HF与Al³⁺形成AlF₆³⁻）、氧化（H₂SO₄溶解Fe²⁺）、置换（HCl去除Ca²⁺）协同作用，使Al、Fe、Ca等杂质溶出率达98%以上，石英砂中金属离子总含量≤5ppm。

2、高纯石英高温氯化提纯

高温氯化提纯多适于经物理分选后的石英砂深度提纯，是利用1300-1400℃高温条件下，往竖式炉中通入Cl₂，石英砂中杂质元素（Ti、Cr、Al、Fe等）与Cl₂在高温下会发生化学反应生成挥发性氯化物，从而实现杂质脱除的深度提纯工艺。处理后石英砂中Ti含量≤1ppm，Cr≤0.5ppm，适用于光伏坩埚用砂的深度提纯。

3、高纯石英高温煅烧-酸洗提纯

高温煅烧：在1500℃电阻炉中煅烧4h，利用热胀冷缩原理使石英内部包裹体破裂，有机物分解挥发，同时羟基含量从5ppm降至1ppm以下。煅烧过程中控制氧气流量10L/min，避免石英表面氧化损伤。

二次酸洗：采用王水常温浸泡12h，去除煅烧后暴露的表面杂质，最终石英砂表面金属离子残留≤0.1ppm，适用于半导体级砂制备。

4、高纯石英超声辅助提纯

在酸浸过程中引入超声波，通过空化效应增强酸液对石英表面杂质的冲击剥离，使Al、Fe等杂质溶出速率提升50%，酸浸时间从4h缩短至2h，同时减少20%酸耗，该工艺可使石英砂中Fe₂O₃降至3ppm以下。

上述则是高纯石英砂选矿提纯的主要流程。高纯石英矿的选矿提纯技术通过磁选、浮选、光电分选等物理方法与酸浸、氯化等化学方法的协同创新，实现了从资源到“高精尖”材料的转化。随着国产化技术与装备的成熟，我国已构建从选矿到器件的全产业链体系，为半导体、光伏等战略产业提供了关键材料保障，推动全球高纯石英材料供应链格局重塑。

鑫海矿装在石英砂选矿提纯方面有着丰富的经验，目前，可实现4N级（99.99）提纯技术，通过试验分析，可为用户设计适合的石英矿选矿提纯方案，同时还可提供成套石英矿选矿设计及后期项目运行管理服务，如有需求，欢迎咨询。