高品級硅微粉選礦試驗研究

馬進海，馬文智

（中國建筑材料工業地質勘查中心青海總隊，青海 西寧 810008）

高品級硅微粉選礦試驗研究

馬進海，馬文智

（中國建筑材料工業地質勘查中心青海總隊，青海 西寧 810008）

本文對青海某地石英巖礦通過破碎、超細粉碎、分級、擦洗、磁選、酸洗等一系列提純工藝進行了選礦和化學提純試驗研究。試驗結果表明SiO2含量達到99.97%，雜質Fe2O3≤0.011%、Al2O3≤0.031%，達到高純硅微粉的要求。

石英巖；硅微粉；提純試驗

1 概述

1.1 硅微粉簡介

高純硅微粉具有極好的化學穩定性、高絕緣耐壓能力(擊穿電壓達32～34kV/mm)以及低的體膨脹系數等特殊性質，應用范圍十分廣泛，在電子信息產業、電力工業、涂料工業、輕工業等許多方面都具有十分廣闊的應用前景。由于SiO2具有優良的物理性能和化學穩定性，是集成電路、微電子產品、塑封材料優選的填充料，也是電力輸送變電設備干式化灌封材料的主要填充料。用高純硅微粉作填充料的塑封和灌封材料，可以使封裝后的產品具有良好的抗溫度變化，變形極小和高的絕緣耐壓能力等突出特點。

按硅微粉的制造工藝及使用性能的不同，又可將其分為結晶型硅微粉及熔融型硅微粉。結晶型硅微粉主要用于電子產品，熔融型硅微粉主要用于微電子產品。

結晶型硅微粉與熔融型硅微粉在生產工藝中的唯一不同是熔融型硅微粉需要在破碎前將石英放入熔融爐中煉制成為熔融石英，再破碎(粉碎)成熔融石英粉。工藝過程見圖1。

圖1 高純硅微粉的加工工藝流程

1.2 石英巖開發利用現狀

硅石是硅質原料的統稱，包括石英砂巖、石英巖、脈石英、交代硅質角巖和石英砂等。石英巖中，SiO2含量在98%以上，有極佳的耐火性和耐酸性，熔點1 730℃，熔融體冷卻后變為石英玻璃，結晶體石英為水晶，具有透過紫外光能力及壓電性。

石英巖礦在我國儲量非常大，西部的青海、四川、陜西及甘肅等省都有分布，特別在青海省的大通娘娘山—湟中李家山等地礦山儲量巨大，開采價值高。目前，石英巖主要應用于冶金、玻璃、陶瓷、建筑、化學等行業。

我國石英巖原料豐富，但目前綜合利用程度還較低，效益較差。今后應加強以下幾個方面的工作：①加強對硅石礦中伴生的有益組分的回收；②致力于開發高純石英99.99%產品，該產品廣泛應用于光導纖維，可使產品大幅度增值；③致力于開發多功能石英巖產品，對其進行表面處理可使石英產品用途擴大，增值增效；④形成石英巖產品規模化、系列化開發營運機制。

2 試驗方法

2.1 提純樣品的選取

提純試驗樣品的選擇本著經濟、可行、易行的原則。(1) 化學分析：盡量選取SiO2含量較高的樣品。(2) 石英晶體大小：選取石英晶體顆粒較大的石英巖樣品。

(3) 雜質成分及含量：對于選取的晶體顆粒較大的石英巖，首先根據所含雜質的賦存狀態、雜質成分等進行篩選，優先選取雜質賦存于晶粒之間(或晶面)且其在當前提純工藝下易于剔除的樣品(圖2)。然后對于雜質多賦存于晶體內部的，應根據其內所含雜質及包裹體大小等進行分析，優先選取包裹體顆粒較大(＞300目)石英巖樣品(圖3)。

圖2 賦存于晶面的云母雜質

圖3 晶體中的氣液包裹體

通過以上原則，本次試驗在大通娘娘山—湟中李家山一帶某地選取了3個SiO2＞99.0%的樣品進行了提純研究試驗，樣品編號分別為H01、H02、H03，化學成分見表1。

表1 樣品化學分析結果(%)

2.2 提純工藝的選取

根據顯微分析結果，石英巖所含的雜質主要有：晶粒間的填隙物、云母晶片、不透明鐵質類包裹體、氣液包裹體。根據試驗樣品所含雜質及其特性，本次提純試驗選用酸洗和磁選工藝進行提純研究。

3 提純試驗

3.1 試驗過程

3.1.1 加工

(1) 粗碎：先將大塊石英巖原料破碎成拳頭大小，將破碎后的石英放進加熱爐里，在800℃左右保溫半小時。然后，將火熱的石英放進冷水內進行水淬處理，處理后的石英或風干或放進烘箱里烘干。烘干后的石英已經十分疏松，可以利用鄂式破碎機和圓盤磨把它破碎成后續粉碎機所需粒度大小。

(2) 粉磨與超細粉碎：石英巖的粉磨采用了干法工藝：干法粉磨是將粗碎后的石英裝有合適級配鐵球的球磨機里，石英和鐵球保持適當的比例，粉磨時間在3h左右。粉磨后的石英粉體其粒度約在200～300目之間。干法粉磨速度快，方便。超細粉碎采用昊泰公司的蒸汽超細粉碎機。該機以熱電廠的廢蒸汽為動力，也可以自己燒蒸汽，動力成本低。內襯為鐵質材料，生產能力高，生產的產品品種多，產品粒度最低可達2μm。

3.1.2 磁選和酸洗試驗

(1) 在酸洗之前，先要對石英粉體進行磁選，具體過程是把石英粉用去離子水混成漿體，到插入有磁棒的容器中攪拌，然后取出磁棒，除去表面的吸附物后再插入容器中攪拌，反復幾次，直到磁棒上沒有吸附物為止。這樣不但可除去一些難以酸洗掉的如云母這樣低磁性礦物，而且可節約酸，使酸洗的效果更好。

(2) 按照約10g石英粉末/100mL硫酸溶液(20%)的比例進行酸洗，控制酸洗液的溫度約90～100℃左右，酸洗約4h。

(3) 將石英粉末過濾后，再進行一次酸洗，仍控制酸洗液的溫度約90～100℃，酸洗約4h。如用含碳的鋼球磨設備粉磨樣品，則需在第一次酸洗、過濾以后，將樣品在500～700℃熱處理2h以除去碳，再進行第二次酸洗。

(4) 停止加熱，靜置10min，倒去上部綠色清液，用蒸餾水多次洗濾至濾液pH值為7左右，干燥、封裝、備用。

3.2 試驗結果

通過提純研究試驗，所選的3個樣品的SiO2含量提至99.9%以上，最大提純幅度可達0.95%，Fe2O3＜0.01%，Al2O3＜0.031%(詳見表2)。樣品提純后，可達電子級高純硅微粉的要求，試驗結果理想。

表2 三次酸洗后石英粉的化學成分(%)

4 結語

目前國內地質勘查部門對石英巖的地質勘查工作主要側重于對化學成分的了解，從有益、有害化學成分含量的高低對石英巖進行評價，青海探明的石英巖也僅針對用于普通玻璃、硅鐵及碳化硅等方面進行評價和開發，少量用于有機硅、金屬硅等領域。

由于我國電光源、電子工業、半導體、國防工業等領域的高速發展而對高純石英需求量增加，未來在石英巖勘查中除查明礦區礦體形態、規模、產狀及礦石類型、質量變化、開采技術條件等，還應詳細研究礦物結晶形態、大小及鐵質礦物的賦存狀態、變化規律，包裹體的性質、大小、數量以及對礦石質量的影響，其他雜質礦物的大小、數量及賦存狀態等，進行可選性試驗，從而做出開發利用可行性的評價與分析。

TD973.3

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1007-9386(2011)06-0030-02

2011-10-17