摘要：對石英砂酸浸酸洗等酸處理工藝進行了歸納，并從理論基礎到實際應用方面進行分析，羅列了酸處理提純工藝的方案。
高純石英砂所具有的獨特的物理、化學特性，使得其在航空、航天、電子、機械以及當今飛速發展的IT產業中占有舉足輕重的地位，特別是其內在分子鏈結構、晶體形狀和晶格變化規律，使其具有的耐高溫、熱膨脹系數小、高度絕緣、耐腐蝕、壓電效應、諧振效應以及其獨特的光學特性，使其廣泛應用于高純石英玻璃制品、半導體技術、SiO2薄膜材料、原子能、光纖通信電纜材料以及國防科技技術等各領域。
我國對石英玻璃原料的研究于20世紀90年代開始起步。經過諸多科研院所和生產企業的常年研究和技術積累，現在石英砂生產企業猶如雨后春筍般地逐漸多起來了。但時至今日，大多數企業的石英砂純度級別也就在4N級別左右，能做到5N級別的廖若晨星，相當一部分數量的高純石英砂仍然需要依靠進口。造成這種狀況的原因，除了高品位原料礦石逐漸減少的先天因素外，提純技術的有待改進，也是很重要的因素之一。
波濤石英砂廠家常年關注高純石英砂行業的生產技術進展和生產工藝的變化，對于高純石英砂生產中的酸浸提純工藝，有一些自己的感受和體會。本文通過對酸浸提純工藝的探討，希望能起到拋磚引玉的作用，共同為提高高純石英砂的品質努力。
眾所周知，高純石英砂的生產工藝大同小異，一般都經過選礦、破碎、磁選、酸處理（酸沒和酸洗）、浮選、壓濾、烘干、分級包裝等過程，不同企業先后順序或有不同，有的企業還加入焙燒、水淬、濕磨、氯化、高純水洗、真空脫羥等工序，不一而同。而其中酸浸提純工序，是很重要的一環。
一、石英砂中的關鍵雜質
1、石英砂中的雜質元素
衡量高純石英砂純度高低的直接指標是原料中堿金屬、關鍵的過渡元素，鋁及硼的含量。根據不同用途的石英玻璃產品對其要求也不同，所以在研究石英提純技術之前，需要對要控制的主要雜質元素有所了解。
1.1 堿金屬元素，包括：鉀（K）、鈉（Na）、鋰（Li）。
堿金屬氧化物在石英玻璃結構中具有較強的“斷網”作用。石英玻璃在高溫狀態下，通常出現的柝晶、變形等現象，都是與微量的堿金屬助溶作用有關。
1.2 過渡金屬元素，包括：銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鋅（Zn）。
過渡金屬元素都有多種氧化態，常呈一定顏色，對高純石英玻璃質量的影響特別嚴重。若微量過渡元素溶解或溶入硅溶體，能較壞的誘生導電性，對儀器的可靠性和預見性起到負面作用，還能使石英玻璃產生色斑或引起高溫變色，影響光的透過率。
2、石英礦中的鐵雜質
經驗表明，鐵雜質在石英礦中的賦存狀況，決定了是否可將它們去除的程度。鐵雜質在石英礦的賦存狀態可分為五種形式：
2.1 存在于細粒粘土礦物中
粘土是由長石、石灰石、頁巖等風化而成。粘土的成分含有云母、石英、褐鐵礦、綠泥石、方解石和角閃石混合物的硅酸鹽，其粒度很細，主要是由10微米以下的顆粒組成。
2.2 存在于重礦物中磁性礦物中
重礦物指比重大于2.9的礦物，這些礦物中大部分都具有磁性或弱磁性，鐵是這些礦物中的基本組成元素。
二、用于酸處理的常用酸種類
1、鹽酸（氯化氫）：
又名氫氯酸，分子式：HCl，性狀：無色透明液體，含雜質的鹽酸呈微黃色。比重：1.19，有較強的刺激性和腐蝕性，具有毒性。
氯化氫是無色而有刺激性氣味的氣體，分子式：HCl，氯化氫的水溶液呈酸性，叫做氯化酸，習慣上叫鹽酸。氯化氫與水不反應但易溶于水，空氣中常以鹽酸煙霧的形式存在。干燥的氯化氫與鋅、鎂、鐵等較活潑的金屬以及大多數金屬氧化物都不能反應。但濕的氯化氫氣體的化學性質卻相當活潑，能與上述金屬及氧化物發生反應。
2、草酸
又名乙二酸，修酸，是較簡單的二元酸。分子式：H2C2O4，分子量：90.04，無色單斜片狀或棱柱體結晶或白色粉末。可作為一種絡合劑、掩蔽劑、沉淀劑或還原劑。可用于沉淀鈣、鎂、釷和稀土元素。常見的草酸鹽有草酸鈉、草酸鉀、草酸鈣、草酸亞鐵、草酸銻和草酸氫銨等。
三、酸處理提純的機理與工藝
去除石英砂中雜質的初步工藝可采用水洗、重選、磁選及浮選等方法。但對于生產高純石英砂來說，去除薄膜鐵是個很重要的問題。去除薄膜鐵的方法，主要有搓洗、超聲波清洗及酸洗等方法，而較常用和較有效的方法是酸洗。
酸處理目的是消除一些難溶于水而溶于酸的雜質礦物，如金屬氧化物或細小的硅酸鹽礦物。通常使用鹽酸、硝酸、硫酸和氫氟酸組成的混合酸，其體積比，應根據原料表面污染情況，并通過實驗而定，酸處理還對消除粉體表面的包裹體有一定作用，且升高溫度時的效果更好。
四、酸浸法提純工藝及參數
1、鹽酸法
將經洗凈過的石英砂加入濃度為18%的鹽酸溶液中，鹽酸用量為石英砂重量的5%。然后加溫至80-90℃處理2-3小時，后經過濾和干燥。
2、氣態氯化氫法
將洗凈后的石英砂置于反應釜中，加熱至80℃，再送入氯化氫氣體，處理15分鐘，然后用清水洗凈，氯化氫與氧化鐵的作用產物FeCl3可溶于水而被除掉。
五、影響雜質浸出速度的主要因素
1、酸濃度
雜質浸出速度隨酸的濃度增加而增加，但濃度過大，不僅會增加不希望溶解的組分，而且也會增加成本。
2、石英砂的量
雜質浸出速度通常是隨石英砂的量減小而增加，因為這樣能保證溶液中雜質浸出濃度始終較低，有利于浸出速度。所以用大量的酸去處理少量的石英砂，可提高雜質浸出速度，當然也要考慮到成本和效益因素。
六、結束語
我國不同的行業對石英砂中SiO2純度和雜質元素含量的要求不一樣，生產高純石英砂的原料礦石不同，選擇的酸處理工藝不同，對產品品質的影響也不盡相同。在選擇高品位原料礦石的基礎上，選擇合適的酸處理工藝，可有效減輕其他工序如浮選、磁選等的壓力，并能有效提高產品的品質。
