北京
脉石英因其资源丰富及杂质含量较低，被认为是制备高纯石英的重要潜在原料。然而，其提纯过程仍面临关键挑战，主要在于杂质赋存状态复杂，包裹体嵌布紧密，难以在常规处理过程中实现有效解离与充分暴露，制约了杂质去除效率。
因此，通过工艺调控实现石英颗粒的高效解离，最大程度暴露内部杂质，并保护石英颗粒本体的形貌，成为提升提纯效果的核心问题。而如何定量表征磨矿过程中石英颗粒形貌变化，并揭示其与解离行为及杂质暴露之间的关系，是实现工艺优化的关键。
基于此，本研究基于分形维数分析，系统比较了不同磨矿方式对颗粒形貌、解离行为及包裹体暴露程度的影响，并结合预处理与酸浸工艺构建了协同提纯路径。结果表明，相较于球磨，棒磨更有利于诱导石英沿结构弱面发生选择性解离，形成形貌规整、表面相对平整的颗粒，同时有效促进包裹体的暴露。这种结构优化显著改善了酸浸过程中的反应条件，使酸液更易进入颗粒内部并与杂质充分接触，从而表现出更优的浸出效果和更高的杂质去除程度。
综上，通过引入分形维数分析并优化磨矿方式，实现了石英颗粒形貌的定量调控与杂质充分暴露，为高纯石英提纯工艺的优化提供了新思路。
1. 根据球磨、棒磨的优化实验结果，综合考虑合格粒级产率和颗粒形貌规则性，最佳的球磨条件为：球的尺寸比例为 30 mm：40 mm：50 mm = 4：2：2，进料质量为 200 g，研磨时间为 20 min，磨机转速为 150 r/min。此外，最佳的棒磨条件为：介质填充率为 35%，进料质量为 150g，研磨时间为 10min，磨机转速为 100 r/min。
2. 酸浸的最佳条件为含有 15wt%的氢氟酸和 10wt%的盐酸组成的混合酸溶液，其酸浸过程在 80°C 下进行 8 h。最佳条件下，Fe、Al、K的去除率分别达到99.84%、97.98%和94.53%，杂质含量分别降低至1.14、11.8和1.36μg/g。
机理分析
磨矿方式通过改变介质与矿物颗粒之间的接触形式，进而主导能量传递路径、裂纹扩展方式及石英颗粒形貌演化，是影响石英解离与后续酸浸效果的根本因素。
球磨过程中，磨球与颗粒之间以点接触为主，局部应力高度集中，易诱发随机冲击及多方向裂纹扩展，导致非选择性破碎和过粉碎现象。该过程虽能快速减小粒径，但往往使包裹体难以沿界面有效剥离，部分杂质仍被封闭于颗粒内部，同时不规则且粗糙的表面结构也会增加扩散阻力，限制酸液的渗透与有效反应界面形成，从而降低酸浸效率。棒磨以线/面接触为主，作用力分布更加均匀，更有利于诱导裂纹沿石英结构弱面定向扩展，实现颗粒的选择性解离。同时，棒磨产物颗粒形貌更加规整、表面相对平整，有助于形成连续且可渗透的反应界面，降低酸浸过程中的传质阻力，使酸液更易进入颗粒内部并与杂质充分接触。因此，不同碎磨方式不仅决定了杂质的暴露程度，也直接影响酸浸过程中的反应动力学行为。
棒磨通过实现颗粒结构与表面状态的协同优化，显著强化了酸浸过程中的传质与反应效率，从而提升整体杂质去除效果。
来源：非金属矿清洁高效利用CUMTB
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mineng.2026.110299
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