石英砂作为工业基础原料，其加工工艺直接影响产品的纯度、粒度和应用性能。根据原料品质和目标用途（如玻璃级、铸造级、电子级），加工流程可分为多个关键步骤，涵盖物理分选、化学提纯和精细化处理。以下是石英砂加工的核心工艺链：

一、原料开采与预处理

1. 矿石开采 石英原矿通常以露天或地下开采方式获取，主要成分为石英岩、石英砂岩或脉石英。开采后需通过目测或X射线荧光光谱（XRF）快速检测矿石的SiO₂含量，筛选出SiO₂≥95%的初级原料。

2. 破碎与粗筛 采用颚式破碎机、圆锥破碎机进行多级破碎，将原矿粒度从300mm以上破碎至20-50mm。随后通过振动筛分去除泥土、长石等杂质，获得初步净化的石英块料。

二、物理分选工艺

1. 水洗脱泥 石英砂表面常附着黏土、云母等杂质，通过螺旋洗砂机或轮斗洗砂机进行水洗，利用水力摩擦剥离表面污染物。此阶段可去除约30%的杂质，尤其对Fe₂O₃含量较高的矿石效果显著。

2. 磁选除铁 采用干式或湿式强磁选机（磁场强度≥1.2T），分离石英砂中的磁性矿物（如磁铁矿、赤铁矿）。例如，高梯度磁选可将Fe₂O₃含量从0.1%降至0.02%，满足光伏玻璃用砂标准。

3. 浮选提纯 针对长石、云母等非磁性杂质，采用泡沫浮选工艺：

   • 酸法浮选：在pH=2-3的酸性环境中，使用氢氟酸活化石英表面，通过胺类捕收剂优先吸附长石，实现石英与长石分离。
   • 无氟浮选：环保型工艺使用硫酸和脂肪酸类药剂，避免氢氟酸污染，适合电子级石英砂生产。

三、化学深度提纯

1. 酸浸处理 对高纯度要求的石英砂（如半导体级），采用混合酸（盐酸、硫酸、草酸）高温（80-100℃）浸泡，溶解残留的金属氧化物和包裹体：

   • 盐酸去除Fe、Al杂质；
   • 草酸络合钙、镁离子；
   • 酸浸后Fe₂O₃含量可降至10ppm以下。

2. 高温氯化焙烧 针对气液包裹体难以去除的问题，在1000-1200℃高温下通入氯气，使杂质元素（如Ti、K）生成挥发性氯化物（如TiCl₄、KCl），纯度可达99.998%以上，用于光纤预制棒制造。

四、粒度控制与表面处理

1. 多级研磨与分级 采用棒磨机、球磨机或气流磨进行超细粉碎，配合气流分级机调控粒度：

   • 铸造砂：70-140目（0.1-0.2mm），通过湿法球磨控制颗粒圆度；
   • 电子级粉体：D50≤10μm，采用气流磨避免金属污染。

2. 表面改性 针对人造石英石、高分子复合材料等领域，使用硅烷偶联剂（如KH-550）对石英砂表面进行包覆处理，提升与树脂的界面结合力，抗折强度提高20%-30%。

五、干燥与成品处理

1. 热风干燥 采用回转窑或沸腾床干燥机，将砂料含水率从15%降至0.5%以下，防止结块。干燥温度需控制在200℃以内，避免石英晶型转变（α→β石英）。

2. 精密分级与包装 通过超声波振动筛或多层概率筛进行筛分，按客户需求分为40-70目（压裂砂）、100-200目（精密铸造砂）等规格。电子级产品需在洁净车间充氮包装，防止二次污染。

六、环保与资源化技术

1. 废水处理 浮选和酸浸工序产生的废水需经中和（石灰调节pH至6-9）、沉淀（聚丙烯酰胺絮凝）和膜过滤（反渗透）后循环使用，实现零排放。

2. 酸雾回收 氯化焙烧和酸浸环节安装喷淋塔（NaOH溶液吸收），将HF、HCl等气体转化为NaF、NaCl溶液，回收率超95%。

工艺优化与创新趋势

• 智能分选：AI视觉识别结合X射线分选机，实时剔除含包裹体的石英颗粒，提纯效率提升40%。
• 绿色提纯：微生物浸出技术（如氧化亚铁硫杆菌）替代酸浸，降低化学试剂用量。
• 球形化加工：等离子熔融法制备球形石英粉，用于芯片封装材料，流动性提高50%。

结语

石英砂加工工艺链的精细化程度直接决定其附加值。从初级水洗砂（价格约200元/吨）到电子级高纯砂（超10万元/吨），加工步骤的复杂性和技术壁垒呈指数级上升。未来，随着半导体、光伏等产业对材料性能的极致追求，石英砂加工将向超净提纯、功能化改性方向持续突破。