石英开采和加工：从矿石到高纯度的挑战

石英是一种天然形成的二氧化硅矿物，在地壳中分布极为广泛，是位列长石之后的第二大常见矿物。石英的矿床类型分为岩晶型(原生矿)和砂矿型(次生矿)两种。开采后的石英还要进行加工和提纯，才能用于工业生产，本文介绍石英的用途，开采加工及提纯的流程。

一、石英的用途

石英的用途极其广泛，覆盖工业、科技、建筑和珠宝等多个领域，根据纯度要求进行分类，可分为四类：

1. 普通级：SiO₂含量85%~95%，用于混凝土、普通玻璃制造。

2. 中高纯度：SiO₂含量95%~99.9%，用于人造石英石、陶瓷釉料等，要求Fe₂O₃<0.1%。

3. 高纯度：SiO₂含量99.9%~99.99%，用于半导体、光伏，要求杂质总量<100ppm。

4. 特种级：用于珠宝、光学仪器。

普通级别的石英砂只需要开采后简单分选，加工难度小、成本低廉，高纯度石英砂则需要开采后复杂提纯，难度高、成本增加。

二、石英开采

1. 露天开采：适用于砂矿或浅层石英脉

流程：清除覆盖层→使用挖掘机、铲车采集石英砂或矿石→砂矿需要通过筛分、冲洗去除黏土和杂质。

优点：成本低、效率高，适合大规模生产。

2. 地下开采：适用于深部水晶或高纯石英

流程：钻探爆破→人工分拣(保护高价值晶体)→通过矿车或传送带运至地面。

挑战：成本高、安全风险大。

3. 海底/河床开采(适用于石英砂)

流程：利用挖沙船从海底或矿床抽取砂矿→利用水力分离石英砂与淤泥。

挑战：可能破坏海底生态，需要严格监管。

三、石英加工和提纯

1. 破碎磨矿

将石英破碎至合适的粒度，以便后续分选。首先利用颚式破碎机、圆锥破碎机完成粗碎和细碎，再利用冲击破碎机或球磨机完成细碎或磨矿。然后，利用振动筛按粒度分级(如0.1-0.5mm用于玻璃砂，1-3mm用于建材)。

2. 分选

石英破碎至合适粒度后，可进行分选，分选的目的是将石英与伴生矿物分离，例如长石、云母、铁矿物。针对不同的伴生矿物，采取不同的分选策略：

磁选：用于去除有磁性的伴生矿物，如磁铁矿。磁选的原理是利用石英与杂质的磁性差异，采用磁选机去除杂质。

浮选：浮选的原理是利用浮选药剂改变矿物表面的性质，再利用搅拌和浮选，让矿物附着在泡沫上，从而分离石英和脉石矿物(如云母、长石)，常用的浮选方法有正浮选、反浮选。

重选：重力选矿的原理是利用脉石矿物与石英的密度差异进行分选，可用于去除石榴石、钛铁矿等，常用的重选设备包括摇床、螺旋溜槽、跳汰机。

注：分选后的石英，SiO2纯度可达到99.99%,可应用于大多数工业领域。

3. 提纯

对于纯度要求比较高的领域(如半导体、光伏级)，还要对石英进行提纯处理，这一过程通常会用到的方法为酸洗。酸洗的原理是利用盐酸(HCI)或氢氟酸(HF)溶解金属杂质，再经过高温氯化和水淬，达到进一步提纯的目的。

4. 深加工

按照石英的最终用途，对产品进行深加工，深加工常见的方法有：

烘干：可降低含水量，例如玻璃砂要求含水量<0.5%。

磨粉：利用雷蒙磨将产品加工成细粉，可用于涂料或填料。

熔融石英：利用2000℃以上的高温熔化石英制成高纯石英玻璃。

单晶硅制备：将高纯石英进一步加工成冶金级硅，再提纯制成单晶硅锭，可用于芯片制造。

镀膜处理：增强透光率或耐磨性，用于UV透镜。

5. 尾矿处理

石英在经过除杂、提纯和深加工后，会剩余一些尾矿。这些尾矿的妥善处理，是关系到环境保护的大事。可利用尾矿干排技术对尾矿进行脱水处理，然后回填矿坑或送至尾矿库，尾矿库的选址应注意远离生活区并进行防渗处理，避免环境污染。

总结

石英的开采与加工仍然面临着多重挑战，如何突破更高的纯度?如何让石英加工更绿色环保?如何将智能化自动化等科技手段更好地应用于石英加工?这些都是值得我们思索的问题，也是未来发展的方向。

四、石英砂矿业公司

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