我國是硅石礦產大國，多種硅質原料礦床在我國已成規模開發，但高品位的礦床( SiO2含量＞99．95%) 卻相當稀少。高純石英是由硅質原料深度選礦提純而成，廣泛應用于各種玻璃、微電子塑封料填料、機械鑄造、冶金和化工等領域。
隨著國民經濟和科學技術的飛速發展，硅質原料更多地開始應用于高新技術產業領域，如半導體封裝材料、SiO2薄膜材料、光纖通訊電纜材料及航空航天等。這些領域對石英砂質量有很嚴格的要求，一般要求SiO2的含量在99.9% 以上( 見表1) 。由于這些行業關系到國家的長遠發展，因此高純石英的戰略地位非常重要。
原料預處理
石英煅燒水淬處理( 也稱熱力破碎) ，是指石英在高溫煅燒時會發生晶形轉變( α 石英→β 石英→β鱗石英) ，從而使體積增大，晶體中原有的缺陷程度變得更嚴重，當水淬時晶體體積突然變小，晶體缺陷處的內應力迅速增大促使晶體在缺陷處破裂的一種方法。晶體在缺陷處破裂，使原石英中的包裹體和裂隙中的雜質暴露在顆粒表面，酸處理時就能易于除去。試驗表明在同樣試驗條件下經煅燒水淬處理后的樣品比不處理的樣品在酸處理時除雜率能提高5% ～ 10%。
對于超細石英粉而言，常采用攪拌磨和振動磨。對于磨礦介質的要求是選用磨耗少、硬度高，直徑大小為1 ～ 5mm，可以不同規格的磨礦介質進行搭配使用，為防止筒體內壁機械鐵的污染和損耗，可用離心的辦法做成高耐磨的聚酯筒壁。在超細粉碎過程中應添加適量助磨劑( 一種表面活性劑) ，可降低顆粒的表面能，加速物料的粉碎，提高粉磨效率，降低能耗。對石英有助磨作用的物質見表2。
高純石英制備技術
石英中的雜質主要為氧化鐵及氧化鋁等金屬氧化物，其中，部分Fe2O3以氧化膜的形式附著在石英顆粒表面，Al2O3則以黏土礦物( 如高嶺土、伊利石、云母等) 的形式混入。因此，石英砂提純方法及工藝流程的技術進步和發展也主要體現在對鐵質和鋁質的有效脫除上。
石英提純工藝主要分為初提純和精提純兩大類，高品位SiO2礦石初提純最常采用的是磁選法和浮選法。磁選的目的是除去原料中的磁性礦物，如褐鐵礦、鈦鐵礦、磁黃鐵礦和石榴子石等，也可除去帶有磁性礦物包裹體的顆粒。浮選的目的是除去與石英伴生的礦物長石、云母、高嶺土等。經除鐵、鋁為主的初提純工藝方法的處理，SiO2含量99% 以上石英礦石中的強磁性雜質礦物和加工中帶入的機械鐵即可除去。精提純主要是采用化學方法進行，使物料中雜質組份的化學組成發生變化，并進行分離。
2． 1 初提純選礦工藝
擦洗
擦洗是借助機械力和砂粒間的磨剝力來除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結及泥性雜質礦物和進一步擦碎未成單體的礦物集合體，擦洗可以擦碎未成單體的礦物集合體，再經過分級作業達到對原料的初步提純效果。目前，主要有機械擦洗和超聲波擦洗。影響機械擦洗法效果的主要因素是來自擦洗機的結構特點和配置形式，其次為工藝因素( 主要包括擦洗時間和擦洗固體濃度) 。研究表明，石英砂礦擦洗固體濃度在50% ～ 60% 之間效果最好，擦洗時間原則上以初步達到產品質量要求為準。時間過長，會加大設備磨損，增加成本。
超聲波擦洗是用超聲波對液體中的石英顆粒進行猛烈沖擊，從而使顆料表面的微量雜質或水化膜迅速地從石英顆粒表面剝落，在分散劑的作用下成為微細的懸浮物，脫離石英砂，經洗滌分離后，使石英砂純度大大地提高。
根據廖青、朱建軍等的研究，水和少量分散劑的液體介質中，經超聲波處理后，－0.15mm 石英砂巖顆粒粉末含Fe2O3 0.12% 和SiO2 99．42% 可達到含Fe2O3 0.01%，SiO2 99.8%，回收率在99%以上，達到光學玻璃用砂標準。
磁選
磁選工藝可以最大限度地清除包括連生體顆粒在內的赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質礦物。強磁選通常采用濕式強磁磁選機或高梯度磁選機。一般而言，對含雜以褐鐵礦、赤鐵礦、黑云母等弱磁性雜質礦物為主的石英砂，利用濕式強磁機在8.0×105 A/m 以上可以選出; 對含雜以磁鐵礦為主的強磁性礦物，則采用弱磁機或中磁機進行選別效果比較好。上村宏、田淵平次采用強磁機對瀨戶石英砂進行了試驗條件研究，結果表明，磁選次數和磁場強度對磁選除鐵效果有重要影響，隨磁選次數的增加，含鐵量逐漸減少; 而一定的磁場強度下可除去大部分的鐵質，但此后磁場強度即使提高很多，除鐵率也無多大變化。另外，石英砂粒度越細，除鐵效果越好，其原因是細粒石英砂中含鐵雜質礦物量高的緣故。
浮選
浮選除去石英中的伴生礦物長石與云母最典型的工藝流程是以氫氟酸為活化劑，在強酸條件下 pH= 2-3采用胺類陽離子捕收劑進行浮選。但隨著環保意識的增強，現在多采用無氟浮選法。例如: 在強酸( 一般為H2SO4) 性pH = 2-3 的條件下，用陰陽離子混合捕收劑優先浮選長石。這種工藝在內蒙古的通遼和新疆的昌吉已獲得廣泛應用。
美國硅砂選廠在酸性條件下，以石油磺酸鈉和煤油為捕收劑，分離出黑云母及含鐵礦物，使Fe2O3含量從0.12% -0.18%降至0.06% -0.065%。國外某選礦廠以高級脂肪胺鹽和石油磺酸鈉為捕收劑，亦獲得了理想的分離效果。在高堿性介質條件下( pH=11-12) 以堿土金屬離子為活化劑，以烷基磺酸鹽為捕收劑，可優先浮選石英，實現石英與長石的分離，同時加入非離子表面活性劑，如1-十二烷醇，可使石英回收率急劇上升，而對長石影響不大，從而有利于二者分離。
常見的石英砂浮選流程可歸納為5 種，見圖1。
浮選流程1是最基本的流程，先用硫酸，將礦漿pH值調節至3 -4，用胺類捕收劑浮選云母，再用硫酸調節礦漿pH 值至4-5，用石油磺酸鈉( ACCＲ-825)作捕收劑，浮選含鐵礦物，最后用氫氟酸調節礦漿pH 值至2-3，用胺類捕收劑浮選長石，而硅砂作為尾礦回收。典型的有美國的Spruce pine 長石公司、國際礦物化學公司及Koerner 選礦廠。
浮選流程II是將浮選程I 中的云母浮選和鐵礦物浮選順序顛倒一下。選浮選流程III 先在礦漿pH 7-8 時，以脂肪酸作為捕收劑浮選含鐵礦物，再添加氫氟酸和胺類捕收劑浮選長石，最后在礦漿pH 7-8 的條件下，用胺類捕收劑浮選硅砂，并作為泡沫回收硅砂精礦，這個流程對原礦中除含有鐵礦物、長石、硅砂等外，并含有浮選前脫泥作業不能脫除的所謂雜砂時有效。浮選流程IV 是在礦漿pH 7-8 的條件下，用胺類捕收劑，將硅砂和長石的混合精礦作為泡沫回收，而將所謂的雜砂作為尾礦除去，再對混合精礦用氟氫酸和胺進行長石浮選，其泡沫為長石精礦，而尾礦為硅砂精礦。浮選流程Ⅴ是對鐵含量比較高的原礦，預先脫鐵再用浮選流程Ⅳ型進行浮選。
磁載體分選
作為一種新的細粒選礦方法，磁載體工藝近幾年來引起了人們的廣泛關注。該工藝的原理是，在混合懸浮物中磁鐵礦顆粒選擇性附著在一種礦物表面上，然后用磁選工藝除去被磁鐵礦覆蓋的礦物顆粒。影響磁鐵礦顆粒附著的因素有礦物和磁鐵礦的表面電荷，以及表面活性劑在這些礦物表面上的附著。通過控制這些參數可以分選許多種礦物。在這一工藝中，通常將強磁性相加入到非磁性或弱磁性懸浮液中。
V·波茲庫爾特等利用磁載體分選工藝分離石英、鈉長石和微斜長石，磁載體為磁鐵礦。在有和沒有十二烷胺存在的條件下，分別測試了石英、鈉長石、微斜長石和磁鐵礦的Zeta 電位。磁載體分選試驗在由Zeta 電位測定結果所確定的條件下進行的。磁載體分選試驗結果表明，石英和微斜長石在pH值為9.5 時可與鈉長石分離，此時十二烷胺濃度為9.375×10－5 mol /L，加入的煤油量為2.1kg /t。在pH值為6 的條件下，石英和微斜長石也能達到一定程度的分離。同時還發現礦物表面的疏水性是比表面電荷更為重要的影響因素。
精提純選礦工藝
一般而言，經過初提純，石英砂中SiO2含量可達99.3% -99.9%。要獲得更高的純度，需進行精提純。
酸浸
酸浸是利用石英不溶于酸( HF 除外) ，其他雜質礦物能被酸液溶解的特點，從而實現對石英的進一步提純。酸浸常用酸類有硫酸、鹽酸、硝酸、醋酸和氫氟酸。還原劑有亞硫酸及其鹽類等。上述酸類對石英中的非金屬雜質礦物均有較好的去除效果。
各種稀酸對Fe 和Al 的去除效果明顯，而對Ti 和Cr的去除則主要利用較濃的硫酸、王水和氫氟酸處理。影響酸處理效果的主要因素是酸濃度、溫度、時間、以及洗滌過程等。通常使用上述酸類組成的混合酸進行雜質礦物的酸浸脫除，考慮到HF 酸對石英的溶解作用，故HF 酸濃度一般不超過10%。酸浸各種因素的控制應根據石英最終品位要求，盡量降低酸的濃度、溫度和用量，減少酸浸時間，以實現在較低的選礦成本下進行石英提純。
根據酸浸溫度不同，酸浸試驗可分為熱酸處理和冷酸處理。冷酸處理采用浸泡間歇攪拌浸出法，時間一般為24h。熱酸處理一般時間較短，采用攪拌浸出。牛福生等的試驗研究采用冷酸進行酸浸處理，只要處理時間長一些，是完全可以達到熱酸處理效果的，其缺點是處理時間長，提高了石英砂的生產成本，優點是達到產品質量要求的前提下，最大可能地降低了酸氣化而造成的環境污染。
包申旭等在制備高純石英酸浸試驗中，探討了微波對提高酸浸效果、縮短反應時間所起的作用。在不用微波處理的條件下，室溫下酸浸2h 后鐵雜質的含量為0.0015%，用微波處理10min 后鐵雜質含量即可下降到0.0013%，隨著微波處理時間的延長，鐵雜質的含量下降顯著，微波處理時間到30min左右時鐵雜質含量可以降到最低，達到0.0004% 左右，再延長微波時間則效果不明顯。
微波利用材料在電磁場中的介質損耗而產生熱量，由于石英和含鐵雜質礦物具有不同的介電損耗因子從而造成在微波場中它們的升溫速率各異，這就會在它們之間的界面上產生裂縫，從而促使石英中的包裹體的開裂，使含鐵雜質礦物能被酸有效地去除。在微波場中進行酸浸試驗，不僅可以促進含鐵雜質礦物的去除，同時也可以大大加快反應速度，這對于提高生產效率、擴大生產規模具有重要的意義。
微生物浸出
用微生物浸出石英砂顆粒表面的薄膜鐵或浸染鐵，是最近發展起來的一種除鐵技術。國外研究表明，用黑曲霉、青霉、假單胞菌、多黏菌素桿菌等微生物對石英表面薄膜鐵浸除時，均取得了較好的效果，其中以黑曲霉菌浸除鐵的效果最佳。Fe2O3的去除率多在75% 以上，精礦Fe203的品位低達0.007%。并且發現，用大多數細菌和霉菌預先培育的培養液浸除鐵的效果會更好。目前，微生物除鐵處于實驗室研究階段，規?；a尚需進一步試驗研究。
其他提純方法
由于不同石英制品對雜質礦物含量的不同要求，有時也采用一些其他提純方法作進一步提純。如電選是利用石英與雜質礦物的電性上的微小差別，來選出微量金屬雜質礦物; 熱氯化方法，可除去石英中的氣液相雜質和雜質礦物及金屬包裹體等。
結語
( 1) 石英砂提純方法及工藝流程由原砂中雜質礦物的賦存狀態、選礦成本及精砂制品工業用途所確定。
( 2) 通過擦洗、磁選、浮選、酸浸等一系列工藝生產的高純石英砂，已基本滿足最終產品的質量要求。但在生產過程中要嚴防二次污染，如提純水應采用去離子水，各種專業設備及工具盡可能不污染最終產品。
( 3) 制備高純石英砂，重點是浮選和酸浸處理，特別是浮選藥劑和酸浸時酸的選擇; 隨著環保意識的增強，無氟浮選工藝和藥劑的研究是今后研究的重點。
( 4) 高純石英砂作為大規模及超大規模集成電路、光纖、激光、航天、軍事中的基礎材料，其需求量越來越大，已經成為國民經濟的戰略性產品。結合化學、物理、微生物學、電磁( 波) 等專業知識，研究高純石英砂的提純技術是今后重要的發展方向。
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