随着技术的进步，高科技产品对原材料的质量要求越来越高。石英砂产品受限于纯度和粒度，一般只能作为玻璃或陶瓷的原料，无法满足新兴产业的高纯度和超细质量要求。面对巨大的市场需求，国内外相继开始了高纯超细硅粉的制备研究。

目前高纯超细二氧化硅粉体的制备一般包括化学合成和天然矿物提纯。但通过长期研究发现，化学合成成本高，产量低，满足不了需求。本研究还利用天然应时制备高纯超细二氧化硅粉体。这里只介绍矿物提纯的研究进展和应用。

超细粉碎的研究

随着现代高新技术和新材料的发展，超细粉碎技术在微电子、航空空、特种陶瓷、耐火材料、复合材料、新能源和生物化工等行业发挥了重要作用，成为一种重要的原料加工方法。

超细粉碎是通过冲击、碰撞、剪切、研磨、分散等手段实现的。经过20多年的发展，我国的超细粉碎技术也有了很大的提高，但大部分都是通过引进和吸收。目前超细粉碎设备有搅拌磨、振动磨、球磨机、气流磨、辊磨、高速机械冲击磨、胶体磨、行星磨等。国内外一直致力于微米级矿物材料的研究，大部分是气流粉碎机。以天然应时矿物为原料制备超细粉体，不仅能满足市场需求，还能更好地降低粉体中有害杂质的含量。

应时天然矿物中含有大量的包裹体和裂隙。采用超细粉碎技术可以大大减少裂纹和缺陷的数量，结合提纯技术可以更好地降低有害杂质的含量。

就目前的粉碎技术而言，可用于天然应时矿物的设备有球磨机、搅拌磨、气流磨、振动磨等。然而，这些设备难以制备高纯度的超细粉末，因为在研磨过程中容易引入有害杂质，并且通常难以将粉末的粒度研磨至微米级。其中气流磨是一种很好的粉碎技术，如目前广泛使用的JOM循环气流磨和流化床气流磨。

针对这些问题，张等人进行了石英砂超细粉碎粒度控制试验，并对振动磨加工超细的湿法和干法工艺进行了对比。认为进料量、进料均匀性和进料粒度比对产品粒度分布有很大影响。湿法研磨效率高，但介质损耗高。

杨惠芬等研究了应时粉的超细粉碎及其表面改性，研究了研磨时间、球料比、固液比和搅拌强度对样品质量和性能的影响。郝研究了应时粉的超细粉碎。实验表明，应时粉在干磨条件下的研磨粒度极限为1.28 μm；而湿磨条件下的粒度极限为1.01 μmm .

李华建等研究了以优质应时为原料制备高纯超细硅粉的工艺，采用振动磨和分级系统，生产出符合电子电气级和涂料工业要求的产品。

净化技术研究

早在20世纪70年代，国外就开始研究利用应时矿物制备高纯石英砂的技术。目前美国处于领先水平，特点是工业产量大，制备专业化，自动化程度高，检测水平高，产品质量稳定。从天然岩石矿物中直接提纯应时是目前世界上生产高纯石英粉的最先进技术。在20世纪90年代，Kemmochi和Stato使用普通应时来加工用于高级应时玻璃的石英粉。俄罗斯、日本、德国基本自给自足。除巴西出口水晶原矿外，世界高纯石英砂市场基本被美国UNIMIN公司控制。友明公司& ldquoIOTA & rdquo商标被应时玻璃制造企业认定为世界上最著名的商标，其纯度被视为国际标准纯度，也是世界上其他厂商产品质量的衡量标准。其产品已经发展到第六代，具有光学透明性，二氧化硅含量也从现在的99.9992%发展到99.9994%。

中国的高纯石英粉基本都是用水晶或者水晶边角料做的。中国的水晶储量有限，价格昂贵，质地参差不齐。一些矿物杂质和工艺中混入的杂质无法去除，导致水晶生产的高纯石英粉产量低，质量不稳定。而且到目前为止，从天然岩石中提取高纯石英粉的技术难题在国内还没有彻底解决，无法实现产业化。因此，一方面高新技术对高纯石英粉的需求日益增加，另一方面硅质原料提纯技术的不足使得研究高纯石英粉的制备技术迫在眉睫。

对于天然矿物的提纯来说，有几种有害杂质，如包裹体、裂隙和间隙、杂质元素等。从几个主要方面介绍了纯化研究的进展。

去除内部缺陷

对于天然矿物，由于形成条件的不同，矿物中的缺陷差异较大，尤其是包裹体和裂隙中的杂质，此处不再赘述。在天然矿物的提纯中，文献中的研究大多是利用水淬法使应时晶体之间的晶型转变引起巨大的体积变化。通过快速冷却，矿物内部的缺陷扩大，导致包裹体和裂隙中所含的杂质矿物暴露出来，为进一步提纯提供了条件。

铁杂质的去除

高纯石英粉的质量要求对杂质的总含量要求极为严格，但对铁、铝元素的含量要求尤为严格。其中，铁在天然矿物中有五种赋存状态:①以微颗粒状存在于粘土或高岭石中；②应时颗粒表面存在氧化铁膜；③铁矿物或含铁矿物；④应时矿物呈扩散状态；⑤以固溶体状态存在于应时晶体中。根据铁杂质的不同形态，一般有以下几种去除方法:

(1)筛选和分级

不同的应用对石英粉的粒度有不同的要求，可以通过筛分分级来控制粒度。同时，分级过程可以起到脱泥和降低铁含量的作用。根据研究，二氧化硅的含量随着石英粉粒度的减小而减小，而铁的含量则相反。目前，发达国家如美国、日本等。由于选矿技术自动化程度高，采用水力旋流器对石英砂进行分级，取得了良好的效果。

(2)擦拭和清洗

擦洗是通过机械力和矿物颗粒间的摩擦，除去矿物表面的含铁薄膜和杂质矿物，达到初步提纯的目的。主要有机械擦洗、超声波擦洗、棒磨擦洗等。在擦洗研究中发现，经过磨矿擦洗后，天然矿物中的Fe2O3含量由0.19%降至0.10%，去除率高达47.4%。而苏联拉曼选矿厂的研究表明，超声波-浮选-磁选工艺可将铁含量降至0.1%，具有较好的除杂效果。

(3)磁选

有两种类型的磁选:干式和湿式。主要原理是通过强磁场去除含铁杂质和磁性杂质矿物，从而达到提纯的目的。根据相关文献，随着磁场强度的增加，杂质去除率增加，但磁场强度增加到一定强度后，杂质去除率不再有上升趋势。铁杂质含量随着磁选次数的增加而减少；矿物的粒度越小，除杂效果越好。

(4)酸洗

由于二氧化硅不溶于氢氟酸以外的酸，而其他矿物杂质可以被酸溶解，利用这一特性可以实现进一步提纯应时矿物的目的。当应时的天然矿物中含有铁薄膜或以包裹体形式附着在应时颗粒表面时，需要用酸溶液溶解这些有害成分，其他方法一般难以去除。因此，酸洗是现有净化技术中不可替代的净化方法，可以获得良好的除杂效果。

通常用硫酸、草酸、盐酸、氢氟酸进行酸洗。据资料显示，酸洗的效果与酸液浓度、温度、时间密切相关，其他因素影响不大。目前国内的酸洗还处于实验和小规模试生产阶段，而国外早已形成系统的酸洗理论，制备的产品质量也非常稳定。近年来出现了一些新的净化技术，如超声波酸洗、微波酸洗等，在实验室研究中取得了良好的实验效果。

(5)微生物处理

微生物有很多种。在众多微生物中发现一种或多种，其分泌的代谢产物对应时矿物表面有害杂质的溶解作用在国外相关文献中多次被提及。研究表明，将应时颗粒表面的含铁薄膜浸泡在多粘菌素、黑曲霉、青霉菌和假单胞菌的培养液中，可以达到很好的去除效果，其中黑曲霉对氧化铁的去除率达到75%以上，这也为高纯度应时微粉的制备提供了条件。

3去除铝杂质

应时矿物中含有的长石、云母或粘土矿物是铝元素的主要来源，其中粘土矿物可通过上述擦洗方法去除，但对于长石和云母矿物，浮选工艺可获得较好的去除效果。

浮选可分为无氟浮选和无氟浮选两种方式。常用的氟浮选方法是氢氟酸法，用硫酸作pH调节剂，DWBE和SHN作混合捕收剂；或阴离子浮选法，用氢氟酸作活化剂，胺阳离子捕收剂，YS或SHN作捕收剂。

许多研究发现，氟浮选可以去除应时矿物中的长石。沙佩尔。据报道，德国应时矿使用硫酸和氢氟酸作为调整剂，采用两段反浮选除去重矿物和长石。然而，近年来，环境问题日益凸显。为了减少氟化氢的使用，无氟技术得到了很大的发展。1976年，美国的S.G. Merhan首先提出无氟浮选。根据藤田健二的研究，在硫酸或盐酸介质中，使用高级脂肪铵盐和石油磺酸钠作为混合捕收剂，可以很好地分离应时和长石。蚌埠玻璃设计研究院的无氟浮选试验也获得了成功，为我国选矿工业的发展做出了很高的贡献。

4其他纯化方法的研究

应时天然矿物中含有多种杂质元素，因此需要采用不同的方法去除不同的杂质。如电选法，利用应时与杂质矿物在电性上的细微差别，选出少量金属杂质矿物；热爆法是将硅石加热到一定温度后，矿物中的包裹体发生爆炸，从而将包裹体中的杂质去除。热氯化可以去除应时矿物气泡中的金属包裹体。