石英玻璃基础知识系列-工艺过程

工业用水晶分级方法以人工目测为主，全凭工作人员的经验，也有借助简单仪器分选的，如放大镜、聚光灯及水盆等，工业用水晶分级的关键是要将水晶的产地分清，级别不能混，否则会影响石英玻璃制品的生产和质量。

硅石分级是选取原矿晶体好，包裹体少，无边皮、杂质、杂物、粒径和颜色基本一致的矿石。硅石矿的品位和贮量是选矿的第一步，只有拥有高品位、大贮量的硅石，才能生产出稳定、高纯的石英玻璃原料。硅石分级和水晶分级一样以人工目测为主，注意不同产地的矿石不能混合。

在α-石英与β-石英的转化过程中，石英因晶型的转变发生较大的体积膨胀，所以当加热到570℃、870℃、1470℃以上的石英通过这个晶型转化点温度时，由于杂质和石英的膨胀系数不同就会产生大裂纹。这些大裂纹主要产生在杂质多的地方，尤其是石英中包裹体多的异矿物，大裂纹往往产生在包裹体与石英基体的交界面，依据石英的晶型转变过程，利用温差的变化使石英中的杂质能充分暴露，晶型转变后的石英颗粒松散，沿杂质边缝爆碎，有利于杂质暴露和破碎。这就是石英矿水淬处理的原因。试验最佳温度 1470℃时有利于杂质去除，由于设备的性能原因，正常取大于β-石英向β-鳞石英晶型转变时的温度，即β-石英←870℃→β-鳞石英，在此温度下用酸液代替去离子水进行水淬效果更好。水淬的过程是将石英原矿用箱式电阻炉加温至870~950℃，保温2h后将水晶料快速倒入低于20℃的流动冷水中水淬，水淬后的石英(水晶料) 呈白色，体积膨大、松散，易于破碎。水淬操作时注意热水的喷射，防止热水伤人。

浮选是石英原料生产工艺中一个重要的工序，通过浮选可以选去大多数非石英颗粒。浮选就是利用各种矿物的密度不同和矿物表面润湿性的差异来实现的。矿物可浮选性的最直观的标志就是矿物被水润湿的程度，石英、云母等易被水润湿，是亲水性物质，石墨、辉钼矿等不易被水润湿，是疏水性物质。

浮选有全油浮选和泡沫浮选两种，在浮选时要注意矿物粒度的配合，颗粒太粗则超过气泡的浮载能力，粒径过小浮选效果也不好，一般控制在0.01~0.25mm之间较好。浮选时首先要调整好矿浆浓度，石英浮选的矿浆浓度以30%-45%之间为佳。

浮选药剂的添加和调节是浮选过程中重要的工艺因素，对提高药效和改善浮选指标有重大的影响，因此要注意药剂的正确配制，合理添加。

泡沫浮选是在液-气界面进行分选的过程，浮选泡沫的大小、泡沫的稳定性、泡沫的结构及泡沫层的厚度等因素均能影响浮选质量，浮选的泡沫直径以0.8-1mm为适合，气泡的大小可通过调节空气的进入量来控制。

矿浆温度在浮选过程中起着重要的作用，调节矿浆温度条件来自两个方面：一是药剂的性质，有些药剂要在一定温度下才能发挥有效的作用；二是工艺要求，提高矿浆温度以达到矿物分离的目的。石英浮选温度以40-45℃为宜。水质是影响浮选质量的关键因素，一般用软水和去离子水较好，硬水对脂肪酸类药剂浮选是有害的，Ca²⁺、Mg²⁺等离子会消耗捕收剂和破坏选择性。

浮选药剂按用途分为三类：一是捕收剂，主要用于使目的矿物表面疏水，增加可浮性，使被选物向气泡附着；二是调整剂，主要用于调整捕收剂的作用及浮选介质条件，有促进目的矿物与捕收剂作用的叫活化剂，抑制非目的矿物可浮性的叫抑制剂，调整介质pH的称为pH调整剂；三是起泡剂，主要作用是促使泡沫形成，增加分选界面。常用的浮选剂分类如下表：

浮选机是实现浮选的机械设备，浮选机种类很多，有机械搅拌式浮选机、充气搅拌式浮选机、充气(压缩)式浮选机、气体析出式浮选机等。石英浮选一般选用机械搅拌式浮选机，机械搅拌式浮选机属于外气自吸式的浮选机，机器可同时进行对矿浆的充气和搅拌，在多级浮选和梯度浮选中有较大的优越性和方便性。

石英浮选主要是调节一定的酸碱度和温度，采用不同的阴、阳离子捕收剂和调整剂选出非石英颗粒。石英中的杂质多以长石、含铁矿物、云母为主，因此浮选石英原料工艺以选出长石、含铁矿物和云母为主要对象。目前多数石英原料生产厂使用的浮选工艺如下：一是首先投入500kg磁选好的石英粉至浮选机内，按石英粉和水体积比例为1：3加热自来水或去离子水，矿浆温度为40-45℃，先加调整剂NH₄F,搅拌1-2min,加氨水调整矿浆pH值至8-9,加入捕收剂---煤油、油酸和棕榈酸(油酸：棕榈酸=4：1)的混合溶液，搅拌1-2min，加异辛醇浮选30min，重复上述过程一次，浮选好的石英粉用乙醇和去离子水清洗至中性；二是首先投入500kg磁选好的石英粉至浮选机内，按石英粉和水体积比例为1：3加热自来水或去离子水，矿浆温度40-45℃，先加调整剂氨水，搅拌1~2min，调整矿浆pH值至8-9，加入捕收剂——煤油、油酸和乙醇(油酸：乙醇=1：1)的混合液，搅拌浮选30min，浮选好的石英粉用乙醇和去离子水清洗至中性。工业化生产采用梯度浮选和多级浮选可以增加浮选效果。排放浮选废液应经过废水综合处理后达标排放。

酸洗是石英玻璃原料提纯工艺的重要工序之一，主要是去除一些溶于酸的金属氧化物和部分硅酸盐矿物。酸洗分静态酸洗和动态酸洗。静态酸洗是将石英粉放入塑料容器内，用盐酸、硝酸、氢氟酸组成的混合酸浸泡，三种酸的浓度为盐酸10%-30%、硝酸5%-20%、氢氟酸3%-10%,混合酸的浓度比应依据石英原料的杂质多少确定，浸泡时间依据气温调整，最少2-7天，时间越长效果越好。动态酸洗是将石英原料放入保温的防腐搅拌机内，加入混合酸搅拌，在搅拌的同时加温混合酸液至60-80℃，搅拌时间不小于1h。动态搅拌设备有立式和卧式两种，为了便于操作正常情况下选用立式搅拌机。使用酸液时应注意安全防护，废酸可以重复使用，清洗的废酸液应经过废水综合处理后达标排放。

磁选是在不均匀磁场中利用矿物之间磁性的差异而使不同矿物实现分离的一种选矿方法，磁选可以去除含铁等磁性物质，也可以去除一些弱磁性矿物。在磁场强度H1800-2200kA/m时磁选效果显著，能够选出云母、金红石、绿帘石、蛇纹石、石榴子石、橄榄石、绿泥石等在内的弱磁性物质。磁选机以高梯度强磁选机和电磁选机的性能及效果较好。

内容来源：王玉芬，刘连城，石英玻璃