摘 要

随着我国科技的飞速发展，对高纯石英的需求原来越大，同时对高纯石英的要求也越来越高。因为高纯石英砂是替代优质水晶资源的高科技材料，其应用价值比普通石英大得多，所以其研究制备已成为矿物提纯领域重要的研究热点。本实验以蕲春石英为原料进行分析，先后采用光学显微镜、电子探针（EMPA）、电感耦合等离子质谱（ICP）等现代测试技术，对原矿进行工艺矿物学研究，对实验结果进行分析表明：石英中含有Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Mn、Cu、K、Na、Li、B等杂质。其中，Al、Fe为主要杂质，其他杂质占比成分小，因此本实验主要任务是除去Fe和Al。确定了杂质后，先用高梯度磁选法讲主要杂质之一Fe除去，然后进一步酸浸，包括单一酸浸、混合酸浸、氧化酸浸除去Al，最后设计正交试验确定最佳试验条件。研究结论如下：

（1）工艺矿物学研究表明：石英原矿中杂质包含液体包裹体和固体包裹体，以非结构性杂质居多，如长石、辉石、云母等，非常适合用常压酸浸试验除杂。通过ICP技术精确测得各种杂质元素的含量，其中Al和Fe总量占80%，为主要杂质，Na、K、Mn等很少。

（2）高梯度磁选试验表明：磁场强度为1.2T时除铁效果最好。

（3）常压浸出实验表明：不同酸的除Al效果不同；正交试验表明硝酸的影响大于氢氟酸，盐酸次之，经过分析得出最佳组合为： HCl浓度为3 mol.L^-1、HF的浓度为0.2 mol.L^-1和HNO₃的浓度为0.8 mol.L^-1。

关键词：高纯石英；磁选；常压；酸浸

Abstract

With the rapid development of science and technology in our country, the demand for high purity quartz is larger, and the requirement of high purity quartz is higher and higher.As the high pure quartz sand is an alternative to high quality crystal resources of high-tech materials and its value of application is much larger than ordinary quartz, so its research has become an important research topic in the field of mineral purification.The sample of quartz in Qichun as raw material analysis,is successively researched by optical microscopy, electron probe microanalysis (EPMA), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP) etc. modern testing technology, Experimental results show that:The sample contains Al, Fe, CA, Mg, Ti, Mn, Cu, K, Na, Li, B impurity. Among them, Al, Fe as main impurity, representing the other impurities is smaller than that of the components, so the main task is to remove Fe and Al. Firstly,Fe is eliminated by the way of the High gradient magnetic separation.then acid leaching for the sample to remove Al, including single acid leaching, mixed acid leaching, oxidation acid leaching. Finally, orthogonal design test determined the optimum experimental conditions. Conclusions are as follows:

(1)Process mineralogy study shows that quartz ore impurity mainly has two forms, one is mineral inclusions, the other is gas-liquid inclusions. 1-5 m mineral inclusion particle size is banded, ring slug like aggregation distribution in the vicinity of the grain gap. The distribution characteristics of the atmospheric pressure leaching can have better effect. At the same time, the two most important impurities are Fe and Al.

(2)High gradient magnetic separation test shows that the effect of iron removal is best when the magnetic field intensity is 1.2T

(3).Atmospheric pressure leaching experiments show that different acid addition al effect on different, mixed acid have a better effect than the single acid; orthogonal test showed that effect of nitric acid is greater than that of hydrofluoric acid, hydrochloride times. We can get the best combination from thet analysis: HNO₃（0.8 mol.L^-1）、HCl（3 mol.L^-1） and HF（0.2 mol.L^-1）。

Keywords: High purity quartz; magnetic separation; atmospheric pressure; acid leaching.

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 1

第1章 绪论 3

1.1石英 3

1.1.1石英的性质及结构 3

1.1.2石英的主要类型 3

1.1.3石英的主要用途 4

1.1.4石英的杂质种类及赋存状态 5

1.2高纯石英 5

1.2.1高纯石英简介 5

1.2.2高纯石英的研究现状 6

1.2.3常用高纯石英提纯技术 7

第2章 试验试剂、设备及方法 9

2.1试验试剂 9

2.2试验设备 9

2.3分析方法 10

2.3.1 ICP分析 10

2.3.2光学显微镜分析 10

2.3.3电子探针分析 11

2.4试验方法 12

2.4.1样品预处理 12

2.4.2常压酸浸试验 12

第3章 工艺矿物学研究 14

3.1 ICP分析 14

3.2光学显微镜分析 14

3.3电子探针分析 15

3.4本章小结 16

第4章 常压酸浸试验 18

4.1高梯度磁选试验 18

4.2盐酸用量试验 18

4.3硫酸用量实验 19

4.4盐酸与硫酸比较 20

4.5氢氟酸用量实验 21

4.6氧化剂硝酸用量试验 22

4.7正交试验 23

4.8本章小结 26

第5章 结论 27

参考文献 28

致谢 29

第1章 绪论

1.1石英

1.1.1石英的性质及结构

石英是所有矿物中最常见的，它的主要含量是二氧化硅，颜色是多种多样的，但是大多数都是白色，如果杂质太多的话，颜色会变浅，深灰色至黑色，但是石英的硬度很大，所以可以用来当做古代文物的复制品。

石英砂是石英以矿物存在的主要形式，当然还有其他的矿物形式存在，比如说是各种辉石或者是各种长石。石英石的杂质各种各样，不同地方的矿石石英的纯度不同，也就是说，包含的杂质多少不同，比如说：湖北省黄冈蕲春县，坐落于湖北的东方，以山地丘陵为主，经过科学家的探测，含有丰富的石英矿，因此，本次实验的样品就是取自那里，可以好好检测一下。

一般来说，石英是随处可见的，从小生长在农村的见得就更多了，只是没有注意罢了，比较好看的白色晶石和蓝紫色晶石就包含大量的二氧化硅，大约在百分之就是左右，属于普通的石英。石英相对于其他矿石还是很坚硬的，硬度大约在2.22~2.65之间；相对密度为2.62，是难容固体，所以一般除杂的时候可以放心的用酸浸。二氧化硅可以根据结晶不同可以形成不同的矿物，这是物理性质所决定的，当然与气候也有关，就如同不同地区的矿石种类不一样。

1.1.2石英的主要类型

石英在现代的应用很广泛，尤其是高科技行业，对石英纯的的要求相当高，市场上即使是纯度相差百分之零点一，价格相差就是上万的（对于每吨石英来说）。