高純石英砂是高新技術產業(yè)發(fā)展的物質基礎,其應用領域涉及到光纖、軍事、航天工業(yè)等。這些領域對石英砂原料的純度要求為嚴苛,要求石英砂中雜質含量非常低,特別是對Fe、Al等雜質含量要求高。因此,石英砂純化技術關乎我國高新技術領域的長遠發(fā)展。
石英砂中礦物雜質通常以非石英礦物的形式存在,如長石、云母、石榴石、鋯石、鈦鐵礦和許多其它礦物。這些雜質的存在方式主要有以下幾種:
(1)作為松散的伴生礦物,未與石英晶體發(fā)生化學結合;
(2)作為礦物碎片,在其表面化學和物理上與石英晶體結合,這類雜質主要為含鐵礦物和含鋁礦物;
(3)被石英顆粒包裹或被相互結合的石英晶體包圍的礦物;
(4)作為間隙離子取代硅,這些雜質主要有:Al3+、Fe2+、Fe3+、B3+、Ti4+、Ge4+、P5+等,這些離子取代Si4+,形成共價鍵。當這種情況發(fā)生時,通常會伴隨著Li1+、K1+、Na1+和H1+等元素的摻雜以保持SiO2晶格的電中性。Al元素是石英礦中主要雜質元素之一,且Al3+和Si4+半徑相近,易替代Si4+,其含量通常高達數千ppm,因此Al含量是石英礦質量的重要指標。
目前,石英砂提純工藝主要包括機械粉碎、磁選、浮選、酸浸、煅燒、水淬、高溫氯化焙燒等能夠有效去除石英晶格內的金屬離子雜質。