[發明專利]一種利用普通石英砂精制高純石英砂的方法

有效

• 申請號: 201710847513.X
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107555442B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 張勛;張鳳凱;李玉軍;趙云良;劉祥友
• 申請（專利權）人: 江蘇凱達石英股份有限公司
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 韓飛

本發明公開了一種利用普通石英砂精制高純石英砂的方法,主要包括粗選、第一次煅燒、水淬、粉碎、磁選、電選、第二次煅燒、淋洗、酸洗、清洗、干燥等工序，其中第二次煅燒前在普通石英砂中混入能夠生成相應酸的鹽，調控溫度和煅燒時間，使鹽反應生成酸性氣體并擴散于石英砂表面裂縫或孔隙之中，淋洗石英砂，隨后將石英砂置于加有特定螯合劑的有機酸洗液中進行酸洗，通過本發明工藝能更加完全地除去鐵、鋁等雜質，最終由SiO₂含量≤99.8％，三氧化二鐵含量≥200ppm的普通石英砂獲得SiO₂含量≥99.95％，三氧化二鐵含量≤20ppm的高純石英砂。

技術領域

本發明涉及無機材料加工領域，特別涉及一種利用普通石英砂精制高純石英砂的方法。

背景技術

石英砂是一種堅硬、耐磨、化學性質穩定的硅酸鹽礦物，主要化學成分是SiO₂。石英砂所具有的獨特的物理、化學性質，使得其不僅在鑄造、冶金、橡膠、磨料、陶瓷、建筑等傳統行業中有著廣泛的應用，而且在航空航天、IT、通訊、太陽能電池等高新技術領域中發揮著不可替代的作用。目前工業上所生產的石英砂常分為：普通石英砂、精制石英砂、高純石英砂、硅微粉等，而能夠應用于軍工、航天、光纖、芯片、太陽能電池等行業中的石英砂通常是要求SiO₂含量高于99.9％的高純石英砂。國內制備高純石英砂多是采用水晶、脈石英礦等高品質原料，但是隨著高品質礦藏資源的逐步枯竭，使高純石英砂成本高昂，與此同時我國普通石英砂礦產資源豐富，探索利用普通石英砂精制高純石英砂的方法具有重大的現實意義。

傳統的石英砂生產工藝包括粗選、粉碎、煅燒、水淬、磁選、酸洗、浮選、清洗、干燥等工序，根據生產實際可以增減工序或者調整操作順序。普通石英砂中雜質含量較高，SiO₂含量無法滿足使用要求，產品附加值低，在進一步精制的過程中需要使用大量的酸進行酸洗，由此產生的酸洗廢液需要進一步處理，同時其中高濃度的氫氟酸、鹽酸等容易揮發會產生嚴重的空氣污染。

發明內容

針對現有技術中存在的不足之處，本發明將直接在酸洗液中加入氫氟酸、氯化氫等易揮發性酸轉變為在煅燒過程中混入能夠生成相應酸的鹽，高溫條件可以使鹽分解或者相互反應生成酸性氣體，氣體分子能夠進入石英砂的孔隙，通過有效控制煅燒溫度和時間使酸性氣體充分擴散于石英砂表面的裂縫或者孔隙之中，通過淋洗與酸洗，使石英砂更加充分地與酸溶液接觸，以除去鐵、鋁等雜質，最終獲得純度≥99.95％的高純石英砂。

為了實現上述目的，本發明所采用的利用普通石英砂精制高純石英砂的方法，包括以下步驟：

(1)粗選：選用SiO₂含量≥98％的普通石英砂，去除其中明顯的雜質和異物；

(2)第一次煅燒-水淬：將石英砂置于500～1300℃高溫下煅燒4～5小時，接著用0～4℃水淋洗石英砂20～30秒，再將石英砂浸泡在20～35℃水中3～5分鐘同時施加超聲，使石英砂開裂；

(3)粉碎：采用濕磨或者干磨方式將石英砂碾磨為100～160目，用去離子水清洗并干燥；

(4)磁選-電選：設置磁選機在50～15000GS的磁場強度下對石英砂進行磁選，以除去磁性雜質；采用電壓為25～35千伏靜電分選機，以除去非磁性雜質；

(5)第二次煅燒：用去離子水清洗石英砂，并在200～300℃下干燥2～3小時，使石英砂的水含量不超過0.1％，在每噸石英砂中混入10～15g氟化氫鉀或者氟化氫鈉、10～20g亞硫酸氫鈉、8～15g硫酸氫鈉、5～10g氯化鈉，混合均勻后在800～900℃下煅燒3～4小時，接著用0～4℃水淋洗石英砂8～10分鐘并收集淋洗液；

(6)酸洗：將石英砂浸泡在20～35℃含有金屬螯合劑和有機酸的水溶液中，同時施加超聲并攪拌體系4～5小時，過濾分離出石英砂；