摘要：對(dui)當前酸浸(jin)酸洗等酸處(chu)理(li)工藝進行了歸納，并從理(li)論基礎到實(shi)際應用方面進行分(fen)析，羅(luo)列了酸處(chu)理(li)提純工藝的(de)方案。
高純石英砂所具有的獨特的物理、化學特性，使得其在航空、航天、電子、機械以及當今飛速發展的IT產業中占有舉足輕重的地位，特別是其內在分子鏈結構、晶體形狀和晶格變化規律，使其具有的耐高溫、熱膨脹系數小、高度絕緣、耐腐蝕、壓電效應、諧振效應以及其獨特的光學特性，使其廣泛應用于高純石英玻璃制品、半導體技術、SiO2薄膜材料(liao)、原子能、光纖通信電纜材料(liao)以及國(guo)防(fang)科技技術等(deng)各領域。
我國對(dui)石英玻璃原料的(de)(de)研究(jiu)于20世紀90年(nian)代開始起步。經(jing)過諸(zhu)多科研院(yuan)所和(he)(he)生產企業的(de)(de)常(chang)年(nian)研究(jiu)和(he)(he)技術積累，現在石英砂生產企業猶(you)如雨后(hou)春筍般地逐(zhu)漸多起來(lai)了。但(dan)時至今日，大多數企業的(de)(de)石英砂純(chun)度級別(bie)也就在4N級別(bie)左右，能做到5N級別(bie)的(de)(de)廖若晨星(xing)，相當(dang)一部(bu)分數量的(de)(de)高純(chun)石英砂仍然需要依(yi)靠進(jin)口。造成這種狀況的(de)(de)原因(yin)，除了高品位原料礦石逐(zhu)漸減少的(de)(de)先天因(yin)素外，提(ti)純(chun)技術的(de)(de)有待改進(jin)，也是很(hen)重要的(de)(de)因(yin)素之一。
波濤石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)砂(sha)廠家(jia)常年關注(zhu)高(gao)純石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)砂(sha)行業的(de)生產技(ji)術(shu)進展和生產工藝的(de)變(bian)化(hua)，對于高(gao)純石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)砂(sha)生產中的(de)酸浸(jin)提(ti)純工藝，有一些自己的(de)感受和體會。本文通過(guo)對酸浸(jin)提(ti)純工藝的(de)探討，希望能起到拋(pao)磚(zhuan)引玉的(de)作用，共同為提(ti)高(gao)高(gao)純石(shi)(shi)(shi)英(ying)(ying)砂(sha)的(de)品質努力(li)。
眾所周知，高純石英(ying)砂(sha)的生(sheng)產工(gong)藝大同(tong)小異，一般都(dou)經過選礦、破(po)碎、磁(ci)選、酸(suan)處理（酸(suan)沒和酸(suan)洗）、浮選、壓濾、烘干、分級包裝等(deng)過程，不同(tong)企業先后順(shun)序(xu)(xu)或有不同(tong)，有的企業還加入焙燒、水淬(cui)、濕磨、氯化(hua)、高純水洗、真空(kong)脫羥(qian)等(deng)工(gong)序(xu)(xu)，不一而(er)同(tong)。而(er)其中酸(suan)浸提純工(gong)序(xu)(xu)，是(shi)很重要的一環。
一、石(shi)英砂中的關鍵雜質
1、石英砂中的雜質元素
衡量高純石(shi)英(ying)砂純度高低的(de)直接指標(biao)是原料中堿金屬(shu)、關鍵的(de)過渡(du)元素(su)，鋁及硼的(de)含量。根據不同用途的(de)石(shi)英(ying)玻(bo)璃產品對其要求(qiu)也不同，所以在研究(jiu)石(shi)英(ying)提純技(ji)術之前，需要對要控制(zhi)的(de)主要雜質元素(su)有所了解(jie)。
1.1 堿金屬元素，包括(kuo)：鉀（K）、鈉（Na）、鋰（Li）。
堿金(jin)屬氧化物在石英玻璃(li)結構中(zhong)具有較(jiao)強的“斷網(wang)”作用。石英玻璃(li)在高溫狀態下，通常出現(xian)的柝晶、變形等現(xian)象，都(dou)是與微量(liang)的堿金(jin)屬助溶作用有關。
1.2 過渡(du)金屬(shu)元素(su)，包括：銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鋅（Zn）。
過(guo)渡(du)金屬元(yuan)素都有多種氧化態，常呈(cheng)一定(ding)顏(yan)色(se)，對高純(chun)石英玻璃質量的影響特(te)別嚴(yan)重。若微(wei)量過(guo)渡(du)元(yuan)素溶解或(huo)(huo)溶入硅(gui)溶體(ti)，能(neng)較壞的誘生導電性，對儀器(qi)的可靠(kao)性和預見(jian)性起到負面(mian)作(zuo)用，還能(neng)使(shi)石英玻璃產生色(se)斑或(huo)(huo)引起高溫變色(se)，影響光的透(tou)過(guo)率。
2、石英礦中(zhong)的鐵雜質
經驗表明，鐵雜(za)(za)質在(zai)石英礦中的(de)賦存狀況(kuang)，決定了是否可(ke)將它們去(qu)除的(de)程度。鐵雜(za)(za)質在(zai)石英礦的(de)賦存狀態可(ke)分為五種形(xing)式(shi)：
2.1 存在于(yu)細粒粘土礦物中
粘土是由長(chang)石(shi)(shi)、石(shi)(shi)灰石(shi)(shi)、頁巖等(deng)風化而(er)成。粘土的(de)成分含有云母、石(shi)(shi)英(ying)、褐鐵(tie)礦(kuang)、綠泥(ni)石(shi)(shi)、方(fang)解石(shi)(shi)和角閃石(shi)(shi)混合物的(de)硅酸鹽，其粒度很(hen)細(xi)，主要是由10微米以下(xia)的(de)顆粒組(zu)成。
2.2 存在于重(zhong)礦物中(zhong)磁性礦物中(zhong)
重(zhong)礦物(wu)(wu)指比重(zhong)大(da)于2.9的(de)礦物(wu)(wu)，這些(xie)礦物(wu)(wu)中大(da)部分(fen)都具有磁性或(huo)弱磁性，鐵是這些(xie)礦物(wu)(wu)中的(de)基本組(zu)成元(yuan)素。
二、用于酸(suan)處理(li)的常用酸(suan)種類
1、鹽酸（氯化(hua)氫）：
又名氫氯酸，分子式：HCl，性狀(zhuang)：無色(se)透(tou)明液體，含雜(za)質的(de)鹽(yan)酸呈(cheng)微黃色(se)。比(bi)重：1.19，有較強的(de)刺激性和腐蝕性，具(ju)有毒性。
氯(lv)(lv)化(hua)(hua)氫(qing)是無(wu)色而有刺激性(xing)(xing)氣味的(de)(de)氣體，分(fen)子式：HCl，氯(lv)(lv)化(hua)(hua)氫(qing)的(de)(de)水溶(rong)液呈酸(suan)(suan)性(xing)(xing)，叫(jiao)做氯(lv)(lv)化(hua)(hua)酸(suan)(suan)，習慣上(shang)叫(jiao)鹽酸(suan)(suan)。氯(lv)(lv)化(hua)(hua)氫(qing)與水不反應(ying)(ying)但(dan)易(yi)溶(rong)于水，空(kong)氣中常以鹽酸(suan)(suan)煙霧的(de)(de)形式存在。干(gan)燥的(de)(de)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)氫(qing)與鋅、鎂、鐵等較(jiao)活潑的(de)(de)金屬(shu)以及(ji)(ji)大多(duo)數金屬(shu)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)都不能反應(ying)(ying)。但(dan)濕(shi)的(de)(de)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)氫(qing)氣體的(de)(de)化(hua)(hua)學性(xing)(xing)質卻相當活潑，能與上(shang)述金屬(shu)及(ji)(ji)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)發生反應(ying)(ying)。
2、草酸
又名乙二酸，修酸，是較簡單的二元酸。分子式：H2CO4，分子(zi)量：90.04，無色(se)單斜片狀或(huo)棱(leng)柱體(ti)結晶或(huo)白(bai)色(se)粉(fen)末。可作(zuo)為(wei)一(yi)種絡合劑、掩蔽劑、沉淀(dian)劑或(huo)還原劑。可用于沉淀(dian)鈣(gai)、鎂(mei)、釷和稀土元素。常見的(de)草酸(suan)(suan)(suan)鹽有草酸(suan)(suan)(suan)鈉、草酸(suan)(suan)(suan)鉀(jia)、草酸(suan)(suan)(suan)鈣(gai)、草酸(suan)(suan)(suan)亞鐵、草酸(suan)(suan)(suan)銻和草酸(suan)(suan)(suan)氫銨(an)等(deng)。
三、酸處理提純的機理與工藝
去(qu)除石英砂中雜質(zhi)的初步工藝可采用(yong)(yong)水洗、重(zhong)選(xuan)、磁選(xuan)及浮選(xuan)等(deng)方(fang)法(fa)(fa)。但對(dui)于生(sheng)產高純石英砂來說(shuo)，去(qu)除薄膜鐵是個(ge)很重(zhong)要(yao)(yao)的問題。去(qu)除薄膜鐵的方(fang)法(fa)(fa)，主要(yao)(yao)有搓洗、超聲波清洗及酸洗等(deng)方(fang)法(fa)(fa)，而較(jiao)常(chang)用(yong)(yong)和較(jiao)有效的方(fang)法(fa)(fa)是酸洗。
酸(suan)(suan)(suan)(suan)處理目的是消(xiao)除一(yi)些(xie)難溶于水而(er)溶于酸(suan)(suan)(suan)(suan)的雜質(zhi)礦(kuang)物(wu)，如金屬氧化(hua)物(wu)或細小的硅酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽礦(kuang)物(wu)。通常使(shi)用(yong)鹽酸(suan)(suan)(suan)(suan)、硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)、硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)和氫氟酸(suan)(suan)(suan)(suan)組成的混合酸(suan)(suan)(suan)(suan)，其體(ti)(ti)積(ji)比，應根(gen)據原料表面污(wu)染情況，并通過實驗(yan)而(er)定(ding)，酸(suan)(suan)(suan)(suan)處理還對消(xiao)除粉體(ti)(ti)表面的包裹體(ti)(ti)有一(yi)定(ding)作(zuo)用(yong)，且升(sheng)高溫度(du)時的效(xiao)果(guo)更(geng)好。
四、酸浸法提純工藝及(ji)參(can)數
1、鹽酸法
將經洗凈過(guo)的石英(ying)砂加入(ru)濃(nong)度為(wei)18%的鹽(yan)酸(suan)溶液中，鹽(yan)酸(suan)用量為(wei)石英(ying)砂重量的5%。然后加溫至(zhi)80-90℃處理2-3小(xiao)時，后經過(guo)濾和干燥。
2、氣態氯化氫法
將洗凈后的石英砂置于反應釜中，加熱至80℃，再送入氯化氫氣體，處理15分鐘，然后用清水洗凈，氯化氫與氧化鐵的作用產物FeCl3可溶于(yu)水而被除(chu)掉。
五、影(ying)響雜(za)質浸(jin)出速度的主要因素
1、酸濃度
雜質浸出速度(du)隨(sui)酸(suan)的濃(nong)度(du)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)而增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)，但濃(nong)度(du)過大，不(bu)僅會增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)不(bu)希望(wang)溶解的組分，而且(qie)也會增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)成本(ben)。
2、石英砂的量
雜質浸出速度(du)(du)通常是隨石英砂的量(liang)減(jian)小而增加，因為這樣能保(bao)證溶(rong)液中雜質浸出濃度(du)(du)始終較低，有利(li)于(yu)加快浸出速度(du)(du)。所以用(yong)大量(liang)的酸(suan)去處理少量(liang)的石英砂，可提(ti)高(gao)雜質浸出速度(du)(du)，當然(ran)也(ye)要(yao)考慮到成本和(he)效益因素。
六、結束語
我國不同的行業對石英砂中SiO2純(chun)度(du)和雜質(zhi)元(yuan)素含(han)量的(de)(de)要求不(bu)(bu)一樣，生產高(gao)純(chun)石英砂的(de)(de)原料礦(kuang)石不(bu)(bu)同(tong)，選擇(ze)的(de)(de)酸處理(li)工(gong)藝不(bu)(bu)同(tong)，對產品品質(zhi)的(de)(de)影響也不(bu)(bu)盡(jin)相同(tong)。在選擇(ze)高(gao)品位原料礦(kuang)石的(de)(de)基礎上，選擇(ze)合適的(de)(de)酸處理(li)工(gong)藝，可(ke)有效(xiao)減(jian)輕其他工(gong)序如浮選、磁選等(deng)的(de)(de)壓力，并(bing)能有效(xiao)提高(gao)最(zui)終產品的(de)(de)品質(zhi)。
