高品级硅微粉选矿试验研究

马进海，马文智

（中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810008）

高品级硅微粉选矿试验研究

马进海，马文智

（中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810008）

本文对青海某地石英岩矿通过破碎、超细粉碎、分级、擦洗、磁选、酸洗等一系列提纯工艺进行了选矿和化学提纯试验研究。试验结果表明SiO2含量达到99.97%，杂质Fe2O3≤0.011%、Al2O3≤0.031%，达到高纯硅微粉的要求。

石英岩；硅微粉；提纯试验

1 概述

1.1 硅微粉简介

高纯硅微粉具有极好的化学稳定性、高绝缘耐压能力(击穿电压达32～34kV/mm)以及低的体膨胀系数等特殊性质，应用范围十分广泛，在电子信息产业、电力工业、涂料工业、轻工业等许多方面都具有十分广阔的应用前景。由于SiO2具有优良的物理性能和化学稳定性，是集成电路、微电子产品、塑封材料优选的填充料，也是电力输送变电设备干式化灌封材料的主要填充料。用高纯硅微粉作填充料的塑封和灌封材料，可以使封装后的产品具有良好的抗温度变化，变形极小和高的绝缘耐压能力等突出特点。

按硅微粉的制造工艺及使用性能的不同，又可将其分为结晶型硅微粉及熔融型硅微粉。结晶型硅微粉主要用于电子产品，熔融型硅微粉主要用于微电子产品。

结晶型硅微粉与熔融型硅微粉在生产工艺中的唯一不同是熔融型硅微粉需要在破碎前将石英放入熔融炉中炼制成为熔融石英，再破碎(粉碎)成熔融石英粉。工艺过程见图1。

图1 高纯硅微粉的加工工艺流程

1.2 石英岩开发利用现状

硅石是硅质原料的统称，包括石英砂岩、石英岩、脉石英、交代硅质角岩和石英砂等。石英岩中，SiO2含量在98%以上，有极佳的耐火性和耐酸性，熔点1 730℃，熔融体冷却后变为石英玻璃，结晶体石英为水晶，具有透过紫外光能力及压电性。

石英岩矿在我国储量非常大，西部的青海、四川、陕西及甘肃等省都有分布，特别在青海省的大通娘娘山—湟中李家山等地矿山储量巨大，开采价值高。目前，石英岩主要应用于冶金、玻璃、陶瓷、建筑、化学等行业。

我国石英岩原料丰富，但目前综合利用程度还较低，效益较差。今后应加强以下几个方面的工作：①加强对硅石矿中伴生的有益组分的回收；②致力于开发高纯石英99.99%产品，该产品广泛应用于光导纤维，可使产品大幅度增值；③致力于开发多功能石英岩产品，对其进行表面处理可使石英产品用途扩大，增值增效；④形成石英岩产品规模化、系列化开发营运机制。

2 试验方法

2.1 提纯样品的选取

提纯试验样品的选择本着经济、可行、易行的原则。(1) 化学分析：尽量选取SiO2含量较高的样品。(2) 石英晶体大小：选取石英晶体颗粒较大的石英岩样品。

(3) 杂质成分及含量：对于选取的晶体颗粒较大的石英岩，首先根据所含杂质的赋存状态、杂质成分等进行筛选，优先选取杂质赋存于晶粒之间(或晶面)且其在当前提纯工艺下易于剔除的样品(图2)。然后对于杂质多赋存于晶体内部的，应根据其内所含杂质及包裹体大小等进行分析，优先选取包裹体颗粒较大(＞300目)石英岩样品(图3)。

图2 赋存于晶面的云母杂质

图3 晶体中的气液包裹体

通过以上原则，本次试验在大通娘娘山—湟中李家山一带某地选取了3个SiO2＞99.0%的样品进行了提纯研究试验，样品编号分别为H01、H02、H03，化学成分见表1。

表1 样品化学分析结果(%)

2.2 提纯工艺的选取

根据显微分析结果，石英岩所含的杂质主要有：晶粒间的填隙物、云母晶片、不透明铁质类包裹体、气液包裹体。根据试验样品所含杂质及其特性，本次提纯试验选用酸洗和磁选工艺进行提纯研究。

3 提纯试验

3.1 试验过程

3.1.1 加工

(1) 粗碎：先将大块石英岩原料破碎成拳头大小，将破碎后的石英放进加热炉里，在800℃左右保温半小时。然后，将火热的石英放进冷水内进行水淬处理，处理后的石英或风干或放进烘箱里烘干。烘干后的石英已经十分疏松，可以利用鄂式破碎机和圆盘磨把它破碎成后续粉碎机所需粒度大小。

(2) 粉磨与超细粉碎：石英岩的粉磨采用了干法工艺：干法粉磨是将粗碎后的石英装有合适级配铁球的球磨机里，石英和铁球保持适当的比例，粉磨时间在3h左右。粉磨后的石英粉体其粒度约在200～300目之间。干法粉磨速度快，方便。超细粉碎采用昊泰公司的蒸汽超细粉碎机。该机以热电厂的废蒸汽为动力，也可以自己烧蒸汽，动力成本低。内衬为铁质材料，生产能力高，生产的产品品种多，产品粒度最低可达2μm。

3.1.2 磁选和酸洗试验

(1) 在酸洗之前，先要对石英粉体进行磁选，具体过程是把石英粉用去离子水混成浆体，到插入有磁棒的容器中搅拌，然后取出磁棒，除去表面的吸附物后再插入容器中搅拌，反复几次，直到磁棒上没有吸附物为止。这样不但可除去一些难以酸洗掉的如云母这样低磁性矿物，而且可节约酸，使酸洗的效果更好。

(2) 按照约10g石英粉末/100mL硫酸溶液(20%)的比例进行酸洗，控制酸洗液的温度约90～100℃左右，酸洗约4h。

(3) 将石英粉末过滤后，再进行一次酸洗，仍控制酸洗液的温度约90～100℃，酸洗约4h。如用含碳的钢球磨设备粉磨样品，则需在第一次酸洗、过滤以后，将样品在500～700℃热处理2h以除去碳，再进行第二次酸洗。

(4) 停止加热，静置10min，倒去上部绿色清液，用蒸馏水多次洗滤至滤液pH值为7左右，干燥、封装、备用。

3.2 试验结果

通过提纯研究试验，所选的3个样品的SiO2含量提至99.9%以上，最大提纯幅度可达0.95%，Fe2O3＜0.01%，Al2O3＜0.031%(详见表2)。样品提纯后，可达电子级高纯硅微粉的要求，试验结果理想。

表2 三次酸洗后石英粉的化学成分(%)

4 结语

目前国内地质勘查部门对石英岩的地质勘查工作主要侧重于对化学成分的了解，从有益、有害化学成分含量的高低对石英岩进行评价，青海探明的石英岩也仅针对用于普通玻璃、硅铁及碳化硅等方面进行评价和开发，少量用于有机硅、金属硅等领域。

由于我国电光源、电子工业、半导体、国防工业等领域的高速发展而对高纯石英需求量增加，未来在石英岩勘查中除查明矿区矿体形态、规模、产状及矿石类型、质量变化、开采技术条件等，还应详细研究矿物结晶形态、大小及铁质矿物的赋存状态、变化规律，包裹体的性质、大小、数量以及对矿石质量的影响，其他杂质矿物的大小、数量及赋存状态等，进行可选性试验，从而做出开发利用可行性的评价与分析。

TD973.3

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1007-9386(2011)06-0030-02

2011-10-17