摘要：對(duì)石英砂酸浸酸洗等酸處理工藝進(jìn)行了歸納，并從理論基礎(chǔ)到實(shí)際應(yīng)用方面進(jìn)行分析，羅列了酸處理提純工藝的方案。
高純石英砂所具有的獨(dú)特的物理、化學(xué)特性，使得其在航空、航天、電子、機(jī)械以及當(dāng)今飛速發(fā)展的IT產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位，特別是其內(nèi)在分子鏈結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格變化規(guī)律，使其具有的耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、耐腐蝕、壓電效應(yīng)、諧振效應(yīng)以及其獨(dú)特的光學(xué)特性，使其廣泛應(yīng)用于高純石英玻璃制品、半導(dǎo)體技術(shù)、SiO2薄膜材料、原子能、光纖通信電纜材料以及國(guó)防科技技術(shù)等各領(lǐng)域。
我國(guó)對(duì)石英玻璃原料的研究于20世紀(jì)90年代開(kāi)始起步。經(jīng)過(guò)諸多科研院所和生產(chǎn)企業(yè)的常年研究和技術(shù)積累，現(xiàn)在石英砂生產(chǎn)企業(yè)猶如雨后春筍般地逐漸多起來(lái)了。但時(shí)至今日，大多數(shù)企業(yè)的石英砂純度級(jí)別也就在4N級(jí)別左右，能做到5N級(jí)別的廖若晨星，相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)量的高純石英砂仍然需要依靠進(jìn)口。造成這種狀況的原因，除了高品位原料礦石逐漸減少的先天因素外，提純技術(shù)的有待改進(jìn)，也是很重要的因素之一。
波濤石英砂廠家常年關(guān)注高純石英砂行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展和生產(chǎn)工藝的變化，對(duì)于高純石英砂生產(chǎn)中的酸浸提純工藝，有一些自己的感受和體會(huì)。本文通過(guò)對(duì)酸浸提純工藝的探討，希望能起到拋磚引玉的作用，共同為提高高純石英砂的品質(zhì)努力。
眾所周知，高純石英砂的生產(chǎn)工藝大同小異，一般都經(jīng)過(guò)選礦、破碎、磁選、酸處理（酸沒(méi)和酸洗）、浮選、壓濾、烘干、分級(jí)包裝等過(guò)程，不同企業(yè)先后順序或有不同，有的企業(yè)還加入焙燒、水淬、濕磨、氯化、高純水洗、真空脫羥等工序，不一而同。而其中酸浸提純工序，是很重要的一環(huán)。
一、石英砂中的關(guān)鍵雜質(zhì)
1、石英砂中的雜質(zhì)元素
衡量高純石英砂純度高低的直接指標(biāo)是原料中堿金屬、關(guān)鍵的過(guò)渡元素，鋁及硼的含量。根據(jù)不同用途的石英玻璃產(chǎn)品對(duì)其要求也不同，所以在研究石英提純技術(shù)之前，需要對(duì)要控制的主要雜質(zhì)元素有所了解。
1.1 堿金屬元素，包括：鉀（K）、鈉（Na）、鋰（Li）。
堿金屬氧化物在石英玻璃結(jié)構(gòu)中具有較強(qiáng)的“斷網(wǎng)”作用。石英玻璃在高溫狀態(tài)下，通常出現(xiàn)的柝晶、變形等現(xiàn)象，都是與微量的堿金屬助溶作用有關(guān)。
1.2 過(guò)渡金屬元素，包括：銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鋅（Zn）。
過(guò)渡金屬元素都有多種氧化態(tài)，常呈一定顏色，對(duì)高純石英玻璃質(zhì)量的影響特別嚴(yán)重。若微量過(guò)渡元素溶解或溶入硅溶體，能較壞的誘生導(dǎo)電性，對(duì)儀器的可靠性和預(yù)見(jiàn)性起到負(fù)面作用，還能使石英玻璃產(chǎn)生色斑或引起高溫變色，影響光的透過(guò)率。
2、石英礦中的鐵雜質(zhì)
經(jīng)驗(yàn)表明，鐵雜質(zhì)在石英礦中的賦存狀況，決定了是否可將它們?nèi)コ某潭?。鐵雜質(zhì)在石英礦的賦存狀態(tài)可分為五種形式：
2.1 存在于細(xì)粒粘土礦物中
粘土是由長(zhǎng)石、石灰石、頁(yè)巖等風(fēng)化而成。粘土的成分含有云母、石英、褐鐵礦、綠泥石、方解石和角閃石混合物的硅酸鹽，其粒度很細(xì)，主要是由10微米以下的顆粒組成。
2.2 存在于重礦物中磁性礦物中
重礦物指比重大于2.9的礦物，這些礦物中大部分都具有磁性或弱磁性，鐵是這些礦物中的基本組成元素。
二、用于酸處理的常用酸種類
1、鹽酸（氯化氫）：
又名氫氯酸，分子式：HCl，性狀：無(wú)色透明液體，含雜質(zhì)的鹽酸呈微黃色。比重：1.19，有較強(qiáng)的刺激性和腐蝕性，具有毒性。
氯化氫是無(wú)色而有刺激性氣味的氣體，分子式：HCl，氯化氫的水溶液呈酸性，叫做氯化酸，習(xí)慣上叫鹽酸。氯化氫與水不反應(yīng)但易溶于水，空氣中常以鹽酸煙霧的形式存在。干燥的氯化氫與鋅、鎂、鐵等較活潑的金屬以及大多數(shù)金屬氧化物都不能反應(yīng)。但濕的氯化氫氣體的化學(xué)性質(zhì)卻相當(dāng)活潑，能與上述金屬及氧化物發(fā)生反應(yīng)。
2、草酸
又名乙二酸，修酸，是較簡(jiǎn)單的二元酸。分子式：H2C2O4，分子量：90.04，無(wú)色單斜片狀或棱柱體結(jié)晶或白色粉末?？勺鳛橐环N絡(luò)合劑、掩蔽劑、沉淀劑或還原劑。可用于沉淀鈣、鎂、釷和稀土元素。常見(jiàn)的草酸鹽有草酸鈉、草酸鉀、草酸鈣、草酸亞鐵、草酸銻和草酸氫銨等。
三、酸處理提純的機(jī)理與工藝
去除石英砂中雜質(zhì)的初步工藝可采用水洗、重選、磁選及浮選等方法。但對(duì)于生產(chǎn)高純石英砂來(lái)說(shuō)，去除薄膜鐵是個(gè)很重要的問(wèn)題。去除薄膜鐵的方法，主要有搓洗、超聲波清洗及酸洗等方法，而較常用和較有效的方法是酸洗。
酸處理目的是消除一些難溶于水而溶于酸的雜質(zhì)礦物，如金屬氧化物或細(xì)小的硅酸鹽礦物。通常使用鹽酸、硝酸、硫酸和氫氟酸組成的混合酸，其體積比，應(yīng)根據(jù)原料表面污染情況，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)而定，酸處理還對(duì)消除粉體表面的包裹體有一定作用，且升高溫度時(shí)的效果更好。
四、酸浸法提純工藝及參數(shù)
1、鹽酸法
將經(jīng)洗凈過(guò)的石英砂加入濃度為18%的鹽酸溶液中，鹽酸用量為石英砂重量的5%。然后加溫至80-90℃處理2-3小時(shí)，后經(jīng)過(guò)濾和干燥。
2、氣態(tài)氯化氫法
將洗凈后的石英砂置于反應(yīng)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(chǎn)物FeCl3可溶于水而被除掉。
五、影響雜質(zhì)浸出速度的主要因素
1、酸濃度
雜質(zhì)浸出速度隨酸的濃度增加而增加，但濃度過(guò)大，不僅會(huì)增加不希望溶解的組分，而且也會(huì)增加成本。
2、石英砂的量
雜質(zhì)浸出速度通常是隨石英砂的量減小而增加，因?yàn)檫@樣能保證溶液中雜質(zhì)浸出濃度始終較低，有利于浸出速度。所以用大量的酸去處理少量的石英砂，可提高雜質(zhì)浸出速度，當(dāng)然也要考慮到成本和效益因素。
六、結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)不同的行業(yè)對(duì)石英砂中SiO2純度和雜質(zhì)元素含量的要求不一樣，生產(chǎn)高純石英砂的原料礦石不同，選擇的酸處理工藝不同，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響也不盡相同。在選擇高品位原料礦石的基礎(chǔ)上，選擇合適的酸處理工藝，可有效減輕其他工序如浮選、磁選等的壓力，并能有效提高產(chǎn)品的品質(zhì)。
