中國粉體網(wǎng)訊 在高純石英提純這一工業(yè)領域，氫氟酸長期占據(jù)重要地位，但其帶來的風險與危害也促使行業(yè)不斷探索新路徑。
氫氟酸：傳統(tǒng)提純的“利器”，也是“隱患”
氫氟酸（HF）在傳統(tǒng)高純石英提純中應用廣泛，核心價值在于其對硅酸鹽類雜質(zhì)的強去除能力。在“有氟有酸法”浮選中，氫氟酸（或氟化物）與無機酸（如鹽酸、硫酸）配合，能在酸性環(huán)境（pH≈2.5）中電離出F⁻、HF2-等活性組分，腐蝕長石、云母等雜質(zhì)礦物的晶格Si-O鍵，暴露Al3+活性位點，再通過胺類捕收劑實現(xiàn)雜質(zhì)與石英的分離；在酸浸工藝中，氫氟酸可破壞石英內(nèi)部包裹體結(jié)構(gòu)，高效去除Al、Fe、Ti等晶格雜質(zhì)，例如湖北黃岡脈石英經(jīng)氫氟酸與鹽酸（1:19）混合酸浸后，雜質(zhì)含量降至79.3μg/g，SiO2純度達99.992%。
但氫氟酸的使用存在顯著局限性：一是環(huán)保風險高，浮選或酸浸廢液中的氟離子若處理不當會污染水體與土壤，而含氟廢水處理需額外投入成本，增加生產(chǎn)負擔；二是設備腐蝕性強，氫氟酸對反應容器材質(zhì)要求嚴苛，需采用特殊防腐材料，提升了設備投資與維護成本；三是操作安全性低，對操作人員防護及生產(chǎn)流程管控要求極高，限制了其在部分企業(yè)的應用。
無氫氟酸路徑：3類技術(shù)，覆蓋多需求
隨著綠色工藝研發(fā)與技術(shù)突破，多種無氫氟酸提純技術(shù)已實現(xiàn)工業(yè)化應用或?qū)嶒炇因炞C，可滿足不同純度等級高純石英的需求，主要包括以下三類：
無氟浮選工藝
“無氟有酸法”浮選：以鹽酸、硫酸、草酸等無機酸或有機酸調(diào)節(jié)礦漿pH（通常為2~3），使石英處于零電點附近（表面呈中性/弱酸性），而長石等雜質(zhì)表面帶負電，再通過胺類捕收劑或陰陽離子混合捕收劑選擇性吸附雜質(zhì)。例如，江西某石英礦采用“硫酸調(diào)pH+十二胺-石油磺酸鈉混合捕收劑”工藝，獲得SiO2品位95.04%、白度94.40%的石英精礦；針對絹云母與石英分離，在pH=3、十二胺用量2.0×10-4mol/L條件下，二者回收率差值達66個百分點，分離效果顯著。
“無氟無酸法”浮選：在中性或堿性環(huán)境中，通過活化劑、抑制劑與混合捕收劑協(xié)同作用實現(xiàn)提純。中性條件下，以六偏磷酸鈉抑制石英（形成親水吸附層），油酸鈉活化長石，配合十二胺鹽酸鹽捕收劑，可使石英回收率近89%；堿性條件下（pH=9~10），添加Ca²⁺等堿土金屬離子活化白云母、長石，再用十八烷基胺聚氧乙烯醚雙季銨鹽（OPEBA）等捕收劑，能實現(xiàn)石英回收率99.4%、長石僅16.9%的高效分離，且全程無酸無氟，對設備腐蝕與環(huán)境影響大幅降低。
無氟酸浸工藝
有機酸酸浸：草酸、檸檬酸、乙酸等有機酸通過絡合作用去除金屬雜質(zhì)，且毒性低、污染小。例如，廣西脈石英采用“草酸15%+非離子表面活性劑0.8%”的有機混合酸，在70℃、液固比4:1條件下酸浸12h，SiO2純度從98.86%提升至99.80%，F(xiàn)e、Al含量分別降至0.01%、0.02%，總雜質(zhì)去除率達81.7%；檸檬酸可同時絡合Fe、Al雜質(zhì)，并防止其再次沉積，乙酸則能去除Ca、Mg等弱堿性雜質(zhì)，兼顧提純效果與環(huán)保性。
安徽威克特瑞新材料科技有限公司“一種制備高純石英砂的無氟無硝酸浸工藝”：該發(fā)明屬高純石英砂提純領域，流程含礦石挑選、清洗、破碎、篩分、磁選、浮選、高溫微波去氣液包裹體、無氟無硝酸浸（鹽酸+草酸）、烘干磁選等步驟。該工藝以環(huán)境友好的無氟無硝酸浸方法酸洗除雜，通過調(diào)控酸洗液比例、酸洗時間與溫度，有效降低石英砂中Fe、Al、Mg等雜質(zhì)元素含量，最終產(chǎn)品純度可達5N（高于4N8），且減少廢液處理，大幅降低環(huán)境污染。
輔助強化無氟酸浸：為使酸浸除雜的效果進一步提高，通常還會搭配熱壓或超聲對化合物進行酸浸處理。超聲或熱壓技術(shù)可增強非氟酸的滲透與反應能力。Jingsheng LI等人，采用HCl與H2C2O4的超聲波輔助混合酸化學浸出除去石英礦物中的Al雜質(zhì)，實驗結(jié)果表明，無氟浸出獲得石英砂精礦Al含量比部分有氟化學浸出低，且反應時間較短，既不造成污染物氟離子，又能節(jié)約能源。
熱處理協(xié)同無氟工藝
熱處理（高溫焙燒、微波煅燒）通過物理作用破壞石英內(nèi)部包裹體，為無氟提純創(chuàng)造條件，減少對氫氟酸的依賴：
高溫焙燒：將石英砂加熱至900℃并水淬，利用熱應力產(chǎn)生微裂紋，使內(nèi)部包裹體爆裂，后續(xù)無氟酸浸即可高效除雜。例如，高溫焙燒后再經(jīng)無氟酸浸，石英中Al、Fe、P、K等雜質(zhì)含量顯著降低，白云母等脈石礦物晶體結(jié)構(gòu)被破壞，無需氫氟酸即可實現(xiàn)深度提純。
微波煅燒：利用微波選擇性加熱含鐵雜質(zhì)與氣液包裹體（石英幾乎不吸收微波），在低于573℃（石英α/β相變溫度）的條件下即可產(chǎn)生微裂紋，輔助無氟酸浸。Li等研究表明，400℃微波處理30min的石英砂，鐵含量從285ppmw降至0.383ppmw，去除率達99.87%，優(yōu)于傳統(tǒng)高溫焙燒，且無需氫氟酸即可突破包裹體雜質(zhì)去除難題。
小結(jié)
綜合來看，高純石英提純并非非氫氟酸不可。
從技術(shù)層面而言，目前已有無氟浮選、無氟酸浸、熱處理協(xié)同無氟等多類無氫氟酸提純技術(shù)在實驗室環(huán)境中驗證可行，部分技術(shù)甚至能實現(xiàn)高效除雜，達到較高純度標準。然而，這些無氫氟酸技術(shù)在工業(yè)領域的規(guī)�；瘧冒咐暂^少，多數(shù)仍停留在實驗室研發(fā)階段。
隨著國家對環(huán)保要求的提升及“雙碳”目標推進，無氫氟酸的高純石英提純技術(shù)成為研發(fā)重點，無氟浮選、無氟酸浸、熱處理協(xié)同無氟等工藝，因具備效率、環(huán)保與成本優(yōu)勢，被視為未來主流方向。未來，氫氟酸在高純石英提純中的應用或逐漸局限于高端小眾場景，不再是該領域的“必需品”。
參考來源：
張晨曦等.高純石英砂的研究進展：從原料提純到功能化應用
李愛民等. 我國石英與長石浮選分離的研究進展
鐘樂樂等.超高純石英純化制備及機理研究
LI F, JIANG X, ZUO Q, et al. Purification mechanism of quartz sand by combination of microwave heating and ultrasound assisted acid leaching treatment [J]. Silicon, 2021, 13: 531-541.
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思)
注:圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除!
