经不完全统计,目前我国高纯石英砂的生产选用的原料主要为水晶,加工方式主要以球磨、搅拌磨、少量振动磨间歇生产,也有小型气流磨连续生产,以漂洗方式进行提纯,产量较少、品种单一、质量较低为其主要特点。连云港地区分布着数十家石英加工企业,但是绝大部分企业的规模小于1 000t/年。近几年,我国加强了该方面的研究,提出了多种制备工艺,如破碎→粉磨→磁选→浮选→酸浸→强磁选→去离子水洗涤→过滤→烘干等,提纯与超细技术发展也很快,已经基本达到规模化生产和连续生产、在线控制的水平。沂南县石英砂厂家只是生产加工普通石英砂,市场价格便宜,面向的客户都是中低端产品的原材料为主,随着江苏东海石英砂生产基地和湖北古蕲州、浙江湖州等地石英砂企业的发展,我国高纯石英砂的产量和质量大幅度提高,据不完全统计,目前我国石英砂的产量已经达到10万t以上,质量基本可以满足国内电子和电工级石英砂的要求,每年出口的数量达万吨。
目前我国高纯石英砂质量达到的水平基本为:SiO299.99%,Fe2O31.5μg/g,Na1.5μg/g,K1.5μg/g,Li1.5μg/g,Mg0.5μg/g,Ca1.5μg/g,Cu0.5μg/g,A l为50μg/g,P1.5μg/g,B0.1μg/g,Cr0.5μg/g,Ni0.5μg/g,Zr0.5μg/g,所用原料为特别精选的石英砂。如北京矿冶研究总院选用江苏东海的高温热液脉石英研究制备的高纯石英砂,1 3种有害杂质的含量为75μg/g左右。国内研究石英砂的机构有北京矿冶研究总院、清华大学、南京大学、中国建材研究院、中彰国际等,总的来说,研究还不太深入,并且真正可以大规模工业化的技术还不太成熟。利用北京矿冶研究总院的技术在江苏东海建设的企业,生产规模只有1 000t/a,在辽宁锦州建设的企业生产规模也不大。
临沂山原石英砂厂可以生产普通石英砂、喷砂除锈石英砂、外墙保温砂浆石英砂、草坪填充石英砂、过滤水石英砂滤料、自流平水泥石英砂、铸造石英砂等10余个品种,生产规模达到15 000吨,但是高纯石英砂的产量目前为零。
我国高纯石英砂产量不高、纯度较低的主要原因之一是没有探测到可以生产高纯石英砂的较大矿体,大部分石英矿为鸡窝矿或脉状矿,如江苏东海较大规模的一级、二级水晶矿已经基本枯竭,内蒙发现的高品质石英矿储量仅有2 000多t。再者,我国对高纯石英砂的研究起步较晚,投入不多,重视不够。北京矿冶研究总院作为我国早的研究机构,代表了我国在该领域的水平,但是也达不到国外的水平。该院从矿物成矿机理、矿物特性入手,特别是在浮选提纯技术等方面进行了较为深入的研究,所研究产品的质量指标如表2所示。
目前,我国对球形石英砂的研究还处于开始阶段,在超过256M集成度上使用的球形石英砂还全部依赖进口,在球形石英砂不能满足生产需要量时,采用熔融石英粉来代替,资料表明,使用熔融石英粉的添加量已经达到,临沂石英砂滤料过滤水专用,并且只有在以熔融石英砂做基础粉体,添加一定量的钛元素、ZrW2O8等来减小热膨胀系数时才可以使用。临沂喷砂除锈石英砂硬度高强度好,临沂草坪石英砂填充用,临沂石英砂出厂合格率。国内研究球形石英砂的机构有北京矿冶研究总院、清华大学、中彰国际、云南非金属材料应用研究所、南京大学等,但能够规模化生产的企业还没见报导。
【国外高纯石英砂技术】国外早在2 0世纪7 0年代就开始研究利用石英砂制备高纯石英砂的技术,目前美国处于水平,其特点是工业化产量大、制备专业化、自动化程度高、检测水平高、产品质量稳定。
从天然岩石矿物直接提取超纯石英砂是目前世界上生产超纯石英砂的先进技术。俄罗斯、日本和德国等基本上可以实现自给自足,除了巴西出口未经加工的水晶原矿外,世界高纯石英砂出口市场基本上被美国尤尼明公司(UNIMIN Corporation)控制。美国尤尼明公司是生产高纯石英砂的企业,是的石英原料制造商,其“IOTA”商标被世界石英玻璃制造企业公认为是为的商标,其纯度被当作“国际标准纯度”,世界上其他厂家的产品皆以此标准衡量质量,其部分产品的质量指标如表1所示。二氧化硅的纯度目前正在由99.999 2%向99.999 4%的方向发展。
已有研究表明,将天然石英制成粉,高温熔融喷射制球,可以制得完全熔融的球形石英粉。天然结晶石英粉经等离子火焰制成的熔融球,表面光滑,体积也有收缩,容积密度更高。日本产品的X-射线图谱完全是平的,说明产品完全是熔融非结晶石英粉,而国内研究的熔融粉,X-射线光谱还有尖锐的峰,产品仍有5%的石英未被熔融或者熔融后又重新形成了SiO2结晶[1]。