中國粉體網(wǎng)訊  在高純石英提純這一工業(yè)領(lǐng)域，氫氟酸長(zhǎng)期占據(jù)重要地位，但其帶來的風(fēng)險(xiǎn)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(yīng)用廣泛，核心價(jià)值在于其對(duì)硅酸鹽類雜質(zhì)的強(qiáng)去除能力。在“有氟有酸法”浮選中，氫氟酸（或氟化物）與無機(jī)酸（如鹽酸、硫酸）配合，能在酸性環(huán)境（pH≈2.5）中電離出F⁻、HF^2-等活性組分，腐蝕長(zhǎng)石、云母等雜質(zhì)礦物的晶格Si-O鍵，暴露Al3+活性位點(diǎn)，再通過胺類捕收劑實(shí)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(dá)99.992%。

但氫氟酸的使用存在顯著局限性：一是環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)高，浮選或酸浸廢液中的氟離子若處理不當(dāng)會(huì)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(fù)擔(dān)；二是設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，氫氟酸對(duì)反應(yīng)容器材質(zhì)要求嚴(yán)苛，需采用特殊防腐材料，提升了設(shè)備投資與維護(hù)成本；三是操作安全性低，對(duì)操作人員防護(hù)及生產(chǎn)流程管控要求極高，限制了其在部分企業(yè)的應(yīng)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用或?qū)嶒?yàn)室驗(yàn)證，可滿足不同純度等級(jí)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(jī)酸或有機(jī)酸調(diào)節(jié)礦漿pH（通常為2~3），使石英處于零電點(diǎn)附近（表面呈中性/弱酸性），而長(zhǎng)石等雜質(zhì)表面帶負(fù)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(duì)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(dá)66個(gè)百分點(diǎn)，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(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)石，再用十八烷基胺聚氧乙烯醚雙季銨鹽（OPEBA）等捕收劑，能實(shí)現(xiàn)石英回收率99.4%、長(zhǎng)石僅16.9%的高效分離，且全程無酸無氟，對(duì)設(shè)備腐蝕與環(huán)境影響大幅降低。

無氟酸浸工藝

有機(jī)酸酸浸：草酸、檸檬酸、乙酸等有機(jī)酸通過絡(luò)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(jī)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(dá)81.7%；檸檬酸可同時(shí)絡(luò)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(lǐng)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(shí)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(dá)5N（高于4N8），且減少廢液處理，大幅降低環(huán)境污染。

輔助強(qiáng)化無氟酸浸：為使酸浸除雜的效果進(jìn)一步提高，通常還會(huì)搭配熱壓或超聲對(duì)化合物進(jìn)行酸浸處理。超聲或熱壓技術(shù)可增強(qiáng)非氟酸的滲透與反應(yīng)能力。Jingsheng LI等人，采用HCl與H₂C₂O₄的超聲波輔助混合酸化學(xué)浸出除去石英礦物中的Al雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)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(xué)浸出低，且反應(yīng)時(shí)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(duì)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(yīng)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(shí)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(dá)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(shí)驗(yàn)室環(huán)境中驗(yàn)證可行，部分技術(shù)甚至能實(shí)現(xiàn)高效除雜，達(dá)到較高純度標(biāo)準(zhǔn)。然而，這些無氫氟酸技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用案例仍較少，多數(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

隨著國家對(duì)環(huán)保要求的提升及“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，無氫氟酸的高純石英提純技術(shù)成為研發(fā)重點(diǎn)，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(shì)，被視為未來主流方向。未來，氫氟酸在高純石英提純中的應(yīng)用或逐漸局限于高端小眾場(chǎng)景，不再是該領(lǐng)域的“必需品”。

參考來源：

張晨曦等.高純石英砂的研究進(jìn)展：從原料提純到功能化應(yīng)用

李愛民等. 我國石英與長(zhǎng)石浮選分離的研究進(jìn)展

鐘樂樂等.超高純石英純化制備及機(jī)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)

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