高純石英砂的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了提供一種高純石英砂的制備方法，包括以下步驟：S1粗選：清洗后破碎；S2煅燒和水淬：煅燒后，將顆粒取出放入冰水混合物中淬火；S3電選與磁選：碾磨后兩次經(jīng)電選、磁選，然后經(jīng)脈沖磁場處理；S4酸洗：在鹽酸溶液中浸泡后過濾，對第一濾液滲析后得到回收鹽酸；取回收鹽酸和硫酸溶液配制得第一混合酸，將石英砂在第一混合酸中浸泡后過濾，對第二濾液滲析后得到回收混合酸；然后取回收混合酸和硝酸溶液配制得第二混合酸，將石英砂在第二混合酸中浸泡；浸泡后加入碳酸鈉溶液，沖洗；S5浮選；S6干燥。本發(fā)明的制備方法生產(chǎn)出SiO2含量在99.995％以上的高純石英砂，且酸使用量比傳統(tǒng)方法大大減少。
【專利說明】
高純石英砂的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及無機材料加工領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種高純石英砂的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石英玻璃因其具有一系列特殊的物理、化學(xué)性能，如耐高溫性能、熱膨脹率極小、性能極佳的光譜特性能、耐酸性能和極好的電絕緣性能，而被廣泛地應(yīng)用在制造集成電路中，石英玻璃的主要產(chǎn)品為大規(guī)模集成電路用高純耐高溫石英玻璃管、電弧法石英坩禍、光通訊用石英玻璃和電光源用石英玻璃。石英玻璃的主要原材料是高純石英砂，高純石英砂具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性、高絕緣耐壓能力和極低的體膨脹系數(shù)，是電子核心器件、光導(dǎo)通訊材料、太陽能電池等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要原材料，是生產(chǎn)石英坩禍、制造單晶硅棒容器、芯片的基礎(chǔ)原料，高純石英砂一般是指S12含量高于99.99 %的石英粉，是石英玻璃和石英坩禍的主要原料，其高檔產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在大規(guī)模集成電路、太陽能電池、光纖、激光、航天、軍事等行業(yè)中。
[0003]目前，我國制備高純石英砂主要選用優(yōu)質(zhì)高純脈石英進行加工，其工藝比較簡單，規(guī)?；a(chǎn)的石英砂中往往雜質(zhì)含量過多，Si02含量無法滿足使用要求，產(chǎn)品附加值低，過程中要用到大量的酸進行酸洗，尤其是含氟的氫氟酸給環(huán)境帶來巨大壓力，因此亟需尋找一種能得到S12含量高且酸使用量大大減少的高純石英砂的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的是解決上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明還有一個目的是提供一種高純石英砂的制備方法，將石英石經(jīng)粗選、煅燒和水淬、電選和磁選、酸洗、浮選以及干燥工序處理，生產(chǎn)出S12含量在99.995%以上的高純石英砂，滿足石英玻璃等工業(yè)生產(chǎn)對原料的要求，且酸使用量比傳統(tǒng)方法大大減少。
[0006]為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種高純石英砂的制備方法，包括以下步驟:
[0007]SI粗選:選擇二氧化娃含量不小于99.3%的石英石為原料，清洗原料剔除雜質(zhì)，然后用破碎機將原料破碎成粒徑為5?15mm的顆粒；
[0008]S2煅燒和水淬:將破碎后的顆粒在400?1300°C下在馬弗爐中煅燒后，將顆粒取出放入冰水混合物中淬火10?20s后，清洗，然后在溫度為40?50 0C的水中浸泡I?3min，將顆粒取出后用去離子水清洗后晾干；
[0009]S3電選與磁選:將顆粒放入濕式碾磨機內(nèi)碾磨，碾磨為50?100目，將50?100目的顆粒在150?250°C下，施加強度為200?400V/cm的直流電場，電場作用時間為I?2h，然后施加5000?7000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選，將磁選后的顆粒碾磨為150?200目，將150?200目的顆粒在300?450°C溫度下，施加強度為500?700V/cm的直流電場，作用時間為
0.5?1.5h，施加8000?10000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選后，再次磁選后的顆粒碾磨為200?300目，然后經(jīng)過脈沖磁場處理0.5?Ih，收集得到的石英砂；
[0010]S4酸洗:將所述石英砂在質(zhì)量分數(shù)為15?25 %的鹽酸溶液中浸泡I?3h，浸泡后過濾，收集第一濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第一濾液進行滲析后，得到回收鹽酸；
[0011]取所述回收鹽酸和質(zhì)量分數(shù)為10?20%的硫酸溶液按照質(zhì)量比為1:1配制得到第一混合酸，然后將石英砂在第一混合酸中浸泡0.5?2h，浸泡后過濾，收集第二濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第二濾液進行滲析后，得到回收混合酸；
[0012]然后取所述回收混合酸和質(zhì)量分數(shù)為10?15%的硝酸溶液按照質(zhì)量比為1:1.2配制得到第二混合酸，將石英砂在第二混合酸中浸泡0.5?2h;
[0013]浸泡后的所述石英砂用去離子水沖洗后，向其中加入質(zhì)量分數(shù)為4?6%的碳酸鈉溶液后攪拌0.5?0.8h，其中，所述石英砂與碳酸鈉溶液的固液比為1: 1.3?1.6，攪拌后過濾，用去離子水沖洗；
[0014]S5浮選:沖洗后的所述石英砂放入到浮選機中進行浮選，加入浮選劑后用鹽酸調(diào)節(jié)pH為I?3，浮選時間為4?6min，浮選后用去離子水將所述石英砂清洗至中性；
[0015]S6干燥:采用遠紅外干燥機，將清洗后的所述石英砂在200?300°C干燥4?10h，得到的干燥后的石英砂中含水量不超過0.2%。
[0016]優(yōu)選的是，S5浮選中浮選時，每噸石英砂中加入的浮選劑的質(zhì)量為0.4?0.5kg，所述浮選劑中包括:十二烷基硫酸銨10?15g，檸檬酸10?15g，甘油30?40g，松節(jié)油10?20g，二乙胺20?30g以及三乙醇胺5?10g，余量為煮沸的去離子水。
[0017]優(yōu)選的是，S4酸洗中每次浸泡的同時用超聲波間歇處理，超聲波的頻率為50?80KHz，超聲波間歇處理的方法為每次超聲波處理5?1min后停止3?5min，然后再次重復(fù)用超聲波處理。
[0018]優(yōu)選的是，S4酸洗中將石英砂在鹽酸溶液中浸泡時，所述石英砂與鹽酸溶液的固液比為I: 1.3?1.4;將石英砂在第一混合酸中浸泡時，所述石英砂與第一混合酸的固液比為1: 1.1?1.2;將石英砂在第二混合酸中浸泡時，所述石英砂與第二混合酸的固液比為1:1.05 ?1.1。
[0019]優(yōu)選的是，S4酸洗中浸泡時均加熱至55?75°C，并不斷攪拌。
[0020]優(yōu)選的是，S6干燥進行前，用質(zhì)量分數(shù)為20?40%的乙醇浸漬石英砂，并通入氯氣進行高溫氯化處理，高溫氯化處理的溫度為700?1000°C，處理時間為0.5?Ih，高溫氯化處理后清洗，離心脫水后進行S6干燥；
[0021]干燥后的石英砂置于1050?1080°C的脫羥爐內(nèi)，通氮氣進行脫羥處理2?3h后取出，自然冷卻。
[0022]優(yōu)選的是，S3電選與磁選中脈沖磁場的磁場強度為20?50A/m，脈沖磁場的脈沖間隔為15?20s。
[0023]優(yōu)選的是，S2煅燒和水淬中在400?1300°C下在馬弗爐中煅燒的具體方法為:在400?600 °C下煅燒1.5?2h后，700?900 °C下煅燒I?1.5h，然后在1000?1300 °C下煅燒0.5?Ih0
[0024]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0025]1、本發(fā)明采用二氧化硅含量不小于99.3%的優(yōu)質(zhì)硅石原料，來源廣泛，經(jīng)粗選、煅燒和水淬、電選和磁選、酸洗、浮選以及干燥工序處理，生產(chǎn)出S12含量在99.995%以上的高純石英砂，滿足石英玻璃等工業(yè)生產(chǎn)對原料的要求。
[0026]2、本發(fā)明在煅燒后將顆粒放入冰水混合物中比普通的冷水淬火淬火能更快速冷卻，較大的溫差和熱脹冷縮效果能更好的去除礦物內(nèi)部的氣泡、水溫以及一些包裹的雜質(zhì)，使礦石的雜質(zhì)去除更徹底，純度更高。電選法是利用石英與雜質(zhì)在電性上的微小差別除雜，去除金屬雜質(zhì)，磁選法可以去除石英內(nèi)以赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母為主的弱磁性雜質(zhì)和以磁鐵礦為主的強磁性雜質(zhì)，電選和磁選結(jié)合起來重復(fù)多次，對金屬雜質(zhì)除雜徹底，由于石英砂粒度越細，磁選除鐵效果更好，因此針對更小的粒徑，使用更強的電場和磁場強度，除鐵更徹底，對微量金屬雜質(zhì)也能去除干凈。脈沖磁場的使用進一步提高了磁選的效率，除雜效果更好，分離雜質(zhì)更徹底。
[0027]3、本發(fā)明在酸洗過程中分多次酸洗，且結(jié)合了單一酸浸法和混合酸浸法，充分利用不同酸對不同雜質(zhì)的去除效果，不同的酸產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)進一步提高了雜質(zhì)的去除率，提高了酸洗的效率。針對傳統(tǒng)的高純石英制備中酸使用量過多的問題，本發(fā)明中多次運用耗能少、工藝簡單的滲析法回收酸洗后的濾液，且經(jīng)過第一次僅加入鹽酸，得到回收鹽酸后加入硫酸，再次得到回收混合酸后在加入硝酸，經(jīng)過層層“遞進式”的加入不同種類的酸，結(jié)合了單一酸浸法和混合酸浸法中不同種類的酸的協(xié)同作用，又最大程度的減少了酸的用量，使用這種方法大大減少了酸的用量，也減少了強酸對容器的腐蝕，延長了酸洗器具的使用壽命。
[0028]4、本發(fā)明的酸洗中結(jié)合超聲波間歇處理與浸泡時加熱方法均能提高酸洗的效率，且能一定程度上縮短酸洗所需的時間，對石英砂提純過程中的殘留雜質(zhì)去除效果明顯
[0029]5、本發(fā)明采用高溫氯化和高溫真空處理，能更有效的去除石英砂中普通工藝難以去除的的金屬離子雜質(zhì)和羥基。
[0030]6、本發(fā)明中在馬弗爐中分段升溫煅燒，比普通的一次性煅燒對較低溫度下分解的雜質(zhì)與高溫分解的碳酸鹽均有作用，煅燒更均勻，使得到的高純石英品質(zhì)更好。
[0031]本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0033]實施例1
[0034]SI粗選:選擇二氧化硅含量不小于99.3%的石英石為原料，清洗原料剔除雜質(zhì)，然后用破碎機將原料破碎成粒徑為5mm的顆粒。
[0035]S2煅燒和水淬:將破碎后的顆粒在400°C下在馬弗爐中煅燒后，將顆粒取出放入冰水混合物中淬火1s后，清洗，然后在溫度為40°C的水中浸泡lmin，將顆粒取出后用去離子水清洗后晾干。
[0036]S3電選與磁選:將顆粒放入濕式碾磨機內(nèi)碾磨，碾磨為50目，將50目的顆粒在150°(:下，施加強度為200V/cm的直流電場，電場作用時間為lh，然后施加5000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選，將磁選后的顆粒碾磨為150目，將150目的顆粒在300°C下，施加強度為500V/cm的直流電場，作用時間為0.5h，施加8000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選后，再次磁選后的顆粒碾磨為200目，然后經(jīng)過脈沖磁場處理0.5h，收集得到的石英砂。
[0037]S4酸洗:將所述石英砂在質(zhì)量分數(shù)為15 %的鹽酸溶液中浸泡Ih，浸泡后過濾，收集第一濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第一濾液進行滲析后，得到回收鹽酸。
[0038]取所述回收鹽酸和質(zhì)量分數(shù)為10%的硫酸溶液按照質(zhì)量比為1:1配制得到第一混合酸，然后將石英砂在第一混合酸中浸泡0.5h，浸泡后過濾，收集第二濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第二濾液進行滲析后，得到回收混合酸。
[0039]然后取所述回收混合酸和質(zhì)量分數(shù)為10%的硝酸溶液按照質(zhì)量比為1:1.2配制得到第二混合酸，將石英砂在第二混合酸中浸泡0.5h。
[0040]浸泡后的所述石英砂用去離子水沖洗后，向其中加入質(zhì)量分數(shù)為4%的碳酸鈉溶液后攪拌0.5h，其中，所述石英砂與碳酸鈉溶液的固液比為1:1.3，攪拌后過濾，用去離子水沖洗。
[0041]S5浮選:沖洗后的所述石英砂放入到浮選機中進行浮選，加入浮選劑后用鹽酸調(diào)節(jié)PH為I，浮選時間為4min，浮選后用去離子水將所述石英砂清洗至中性。
[0042]S6干燥:采用遠紅外干燥機，將清洗后的所述石英砂在200 °C干燥4h，得到的干燥后的石英砂中含水量不超過0.2%。
[0043]實施例2
[0044]SI粗選:選擇二氧化硅含量不小于99.3%的石英石為原料，清洗原料剔除雜質(zhì)，然后用破碎機將原料破碎成粒徑為15mm的顆粒。
[0045]S2煅燒和水淬:將破碎后的顆粒在1300 °C下在馬弗爐中煅燒后，將顆粒取出放入冰水混合物中淬火20s后，清洗，然后在溫度為50 0C的水中浸泡3min，將顆粒取出后用去離子水清洗后晾干。
[0046]S3電選與磁選:將顆粒放入濕式碾磨機內(nèi)碾磨，碾磨為100目，將100目的顆粒在250°C下，施加強度為400V/cm的直流電場，電場作用時間為2h，然后施加7000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選，將磁選后的顆粒碾磨為200目，將200目的顆粒在450 V下，施加強度為700V/cm的直流電場，作用時間為1.5h，施加10000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選后，再次磁選后的顆粒碾磨為300目，然后經(jīng)過脈沖磁場處理lh，收集得到的石英砂。
[0047]S4酸洗:將所述石英砂在質(zhì)量分數(shù)為25 %的鹽酸溶液中浸泡3h，浸泡后過濾，收集第一濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第一濾液進行滲析后，得到回收鹽酸。
[0048]取所述回收鹽酸和質(zhì)量分數(shù)為20%的硫酸溶液按照質(zhì)量比為1:1配制得到第一混合酸，然后將石英砂在第一混合酸中浸泡2h，浸泡后過濾，收集第二濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第二濾液進行滲析后，得到回收混合酸。
[0049]然后取所述回收混合酸和質(zhì)量分數(shù)為15%的硝酸溶液按照質(zhì)量比為1:1.2配制得到第二混合酸，將石英砂在第二混合酸中浸泡2h。
[0050]浸泡后的所述石英砂用去離子水沖洗后，向其中加入質(zhì)量分數(shù)為6%的碳酸鈉溶液后攪拌0.8h，其中，所述石英砂與碳酸鈉溶液的固液比為1:1.6，攪拌后過濾，用去離子水沖洗。
[0051]S5浮選:沖洗后的所述石英砂放入到浮選機中進行浮選，加入浮選劑后用鹽酸調(diào)節(jié)PH為3，浮選時間為6min，浮選后用去離子水將所述石英砂清洗至中性。
[0052]S6干燥:采用遠紅外干燥機，將清洗后的所述石英砂在300 °C干燥1h，得到的干燥后的石英砂中含水量不超過0.2%。
[0053]實施例3
[0054]SI粗選:選擇二氧化硅含量不小于99.3%的石英石為原料，清洗原料剔除雜質(zhì)，然后用破碎機將原料破碎成粒徑為8mm的顆粒。
[0055]S2煅燒和水淬:將破碎后的顆粒在700 °C下在馬弗爐中煅燒后，將顆粒取出放入冰水混合物中淬火15s后，清洗，然后在溫度為45°C的水中浸泡2min，將顆粒取出后用去離子水清洗后晾干。
[0056]S3電選與磁選:將顆粒放入濕式碾磨機內(nèi)碾磨，碾磨為80目，將80目的顆粒在200°(:下，施加強度為300V/cm的直流電場，電場作用時間為1.5h，然后施加6000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選，將磁選后的顆粒碾磨為180目，將180目的顆粒在400°C下，施加強度為600V/cm的直流電場，作用時間為lh，施加9000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選后，再次磁選后的顆粒碾磨為250目，然后經(jīng)過脈沖磁場處理0.8h，收集得到的石英砂。
[0057]S4酸洗:將所述石英砂在質(zhì)量分數(shù)為20 %的鹽酸溶液中浸泡2h，浸泡后過濾，收集第一濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第一濾液進行滲析后，得到回收鹽酸。
[0058]取所述回收鹽酸和質(zhì)量分數(shù)為15%的硫酸溶液按照質(zhì)量比為1:1配制得到第一混合酸，然后將石英砂在第一混合酸中浸泡lh，浸泡后過濾，收集第二濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第二濾液進行滲析后，得到回收混合酸。
[0059]然后取所述回收混合酸和質(zhì)量分數(shù)為12%的硝酸溶液按照質(zhì)量比為1:1.2配制得到第二混合酸，將石英砂在第二混合酸中浸泡Ih。
[0060]浸泡后的所述石英砂用去離子水沖洗后，向其中加入質(zhì)量分數(shù)為5%的碳酸鈉溶液后攪拌0.6h，其中，所述石英砂與碳酸鈉溶液的固液比為1:1.4，攪拌后過濾，用去離子水沖洗。
[0061]S5浮選:沖洗后的所述石英砂放入到浮選機中進行浮選，加入浮選劑后用鹽酸調(diào)節(jié)PH為2，浮選時間為5min，浮選后用去離子水將所述石英砂清洗至中性。
[0062]S6干燥:采用遠紅外干燥機，將清洗后的所述石英砂在250 °C干燥7h，得到的干燥后的石英砂中含水量不超過0.2%。
[0063]實施例4
[0064]SI粗選:選擇二氧化硅含量不小于99.3%的石英石為原料，清洗原料剔除雜質(zhì)，然后用破碎機將原料破碎成粒徑為5mm的顆粒。
[0065]S2煅燒和水淬:將破碎后的顆粒在在4000C下煅燒1.5h后，700°C下煅燒Ih，然后在1000°(:下煅燒0.511。
[0066]將顆粒取出放入冰水混合物中淬火IOs后，清洗，然后在溫度為40 0C的水中浸泡Imin，將顆粒取出后用去離子水清洗后晾干。
[0067]S3電選與磁選:將顆粒放入濕式碾磨機內(nèi)碾磨，碾磨為50目，將50目的顆粒在150°(:下，施加強度為200V/cm的直流電場，電場作用時間為lh，然后施加5000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選，將磁選后的顆粒碾磨為150目，將150目的顆粒在300°C下，施加強度為500V/cm的直流電場，作用時間為0.5h，施加8000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選后，再次磁選后的顆粒碾磨為200目，然后經(jīng)過脈沖磁場處理0.5h，脈沖磁場的磁場強度為20A/m，脈沖磁場的脈沖間隔為15s，收集得到的石英砂。
[0068]S4酸洗:將所述石英砂在質(zhì)量分數(shù)為15 %的鹽酸溶液中加熱至55 °C浸泡Ih，并不斷攪拌，所述石英砂與鹽酸溶液的固液比為1:1.3，浸泡后過濾，收集第一濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第一濾液進行滲析后，得到回收鹽酸。
[0069]取所述回收鹽酸和質(zhì)量分數(shù)為10%的硫酸溶液按照質(zhì)量比為1:1配制得到第一混合酸，然后將石英砂在第一混合酸中加熱至55°C浸泡0.5h，并不斷攪拌，所述石英砂與第一混合酸的固液比為1:1.1，浸泡后過濾，收集第二濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第二濾液進行滲析后，得到回收混合酸。
[0070]然后取所述回收混合酸和質(zhì)量分數(shù)為10%的硝酸溶液按照質(zhì)量比為1:1.2配制得到第二混合酸，將石英砂在第二混合酸中加熱至55 0C浸泡0.5h，并不斷攪拌，所述石英砂與第二混合酸的固液比為1: 1.05。
[0071]浸泡后的所述石英砂用去離子水沖洗后，向其中加入質(zhì)量分數(shù)為4%的碳酸鈉溶液后攪拌0.5h，其中，所述石英砂與碳酸鈉溶液的固液比為1:1.3，攪拌后過濾，用去離子水沖洗。
[0072]每次浸泡的同時用超聲波間歇處理，超聲波的頻率為50KHz，超聲波間歇處理的方法為每次超聲波處理5min后停止3min，然后再次重復(fù)用超聲波處理。
[0073]S5浮選:沖洗后的所述石英砂放入到浮選機中進行浮選，加入浮選劑后用鹽酸調(diào)節(jié)pH為I，每噸石英砂中加入的浮選劑的質(zhì)量為0.4kg，所述浮選劑中包括:十二燒基硫酸錢10g，檸檬酸10g，甘油30g，松節(jié)油10g，二乙胺20g以及三乙醇胺5g，余量為煮沸的去離子水，浮選時間為4min，浮選后用去離子水將所述石英砂清洗至中性。
[0074]S6干燥:先用質(zhì)量分數(shù)為20 %的乙醇浸漬石英砂，并通入氯氣進行高溫氯化處理，高溫氯化處理的溫度為700 V，處理時間為0.5h，高溫氯化處理后清洗，離心脫水后采用遠紅外干燥機，將清洗后的所述石英砂在200°C干燥4h，得到的干燥后的石英砂中含水量不超過0.2%，干燥后的石英砂置于1050°C的脫羥爐內(nèi)，通氮氣進行脫羥處理2h后取出，自然冷卻。
[0075]實施例5
[0076]SI粗選:選擇二氧化硅含量不小于99.3%的石英石為原料，清洗原料剔除雜質(zhì)，然后用破碎機將原料破碎成粒徑為15mm的顆粒。
[0077]S2煅燒和水淬:將破碎后的顆粒在在6000C下煅燒2h后，900°C下煅燒1.5h，然后在1300 °C下煅燒Ih。
[0078]將顆粒取出放入冰水混合物中淬火20s后，清洗，然后在溫度為500C的水中浸泡13min，將顆粒取出后用去離子水清洗后晾干。
[0079]S3電選與磁選:將顆粒放入濕式碾磨機內(nèi)碾磨，碾磨為100目，將100目的顆粒在250°C下，施加強度為400V/cm的直流電場，電場作用時間為2h，然后施加7000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選，將磁選后的顆粒碾磨為200目，將200目的顆粒在450 V下，施加強度為700V/cm的直流電場，作用時間為1.5h，施加10000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選后，再次磁選后的顆粒碾磨為300目，然后經(jīng)過脈沖磁場處理lh，脈沖磁場的磁場強度為50A/m，脈沖磁場的脈沖間隔為20s，收集得到的石英砂。
[0080]S4酸洗:將所述石英砂在質(zhì)量分數(shù)為25%的鹽酸溶液中加熱至75°C浸泡3h，并不斷攪拌，所述石英砂與鹽酸溶液的固液比為1:1.4，浸泡后過濾，收集第一濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第一濾液進行滲析后，得到回收鹽酸。
[0081]取所述回收鹽酸和質(zhì)量分數(shù)為20%的硫酸溶液按照質(zhì)量比為1:1配制得到第一混合酸，然后將石英砂在第一混合酸中加熱至75°C浸泡2h，并不斷攪拌，所述石英砂與第一混合酸的固液比為1:1.2，浸泡后過濾，收集第二濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第二濾液進行滲析后，得到回收混合酸。
[0082]然后取所述回收混合酸和質(zhì)量分數(shù)為15%的硝酸溶液按照質(zhì)量比為1:1.2配制得到第二混合酸，將石英砂在第二混合酸中加熱至75°C浸泡2h，并不斷攪拌，所述石英砂與第二混合酸的固液比為1: 1.1。
[0083]浸泡后的所述石英砂用去離子水沖洗后，向其中加入質(zhì)量分數(shù)為6%的碳酸鈉溶液后攪拌0.5?0.8h，其中，所述石英砂與碳酸鈉溶液的固液比為1:1.6，攪拌后過濾，用去離子水沖洗。
[0084]每次浸泡的同時用超聲波間歇處理，超聲波的頻率為80KHz，超聲波間歇處理的方法為每次超聲波處理1min后停止5min，然后再次重復(fù)用超聲波處理。
[0085]S5浮選:沖洗后的所述石英砂放入到浮選機中進行浮選，加入浮選劑后用鹽酸調(diào)節(jié)pH為3，每噸石英砂中加入的浮選劑的質(zhì)量為0.5 kg，所述浮選劑中包括:十二燒基硫酸錢15g，檸檬酸15g，甘油40g，松節(jié)油20g，二乙胺30g以及三乙醇胺10g，余量為煮沸的去離子水，浮選時間為6min，浮選后用去離子水將所述石英砂清洗至中性。
[0086]S6干燥:先用質(zhì)量分數(shù)為40 %的乙醇浸漬石英砂，并通入氯氣進行高溫氯化處理，高溫氯化處理的溫度為1000°c，處理時間為lh，高溫氯化處理后清洗，離心脫水后采用遠紅外干燥機，將清洗后的所述石英砂在300°c干燥10h，得到的干燥后的石英砂中含水量不超過0.2%，干燥后的石英砂置于1080°C的脫羥爐內(nèi)，通氮氣進行脫羥處理3h后取出，自然冷卻。
[0087]實施例6
[0088]SI粗選:選擇二氧化硅含量不小于99.3%的石英石為原料，清洗原料剔除雜質(zhì)，然后用破碎機將原料破碎成粒徑為8mm的顆粒。
[0089]S2煅燒和水淬:將破碎后的顆粒在在500 0C下煅燒1.8h后，800 °C下煅燒1.2h，然后在1200°C下煅燒0.8h。
[0090]將顆粒取出放入冰水混合物中淬火15s后，清洗，然后在溫度為450C的水中浸泡2min，將顆粒取出后用去離子水清洗后晾干。
[0091]S3電選與磁選:將顆粒放入濕式碾磨機內(nèi)碾磨，碾磨為80目，將80目的顆粒在200°(:下，施加強度為300V/cm的直流電場，電場作用時間為1.5h，然后施加6000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選，將磁選后的顆粒碾磨為180目，將180目的顆粒在400°C下，施加強度為600V/cm的直流電場，作用時間為lh，施加9000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選后，再次磁選后的顆粒碾磨為250目，然后經(jīng)過脈沖磁場處理0.8h，脈沖磁場的磁場強度為30A/m，脈沖磁場的脈沖間隔為18s，收集得到的石英砂。
[0092]S4酸洗:將所述石英砂在質(zhì)量分數(shù)為20 %的鹽酸溶液中加熱至65 °C浸泡2h，并不斷攪拌，所述石英砂與鹽酸溶液的固液比為1:1.3，浸泡后過濾，收集第一濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第一濾液進行滲析后，得到回收鹽酸。
[0093]取所述回收鹽酸和質(zhì)量分數(shù)為15%的硫酸溶液按照質(zhì)量比為1:1配制得到第一混合酸，然后將石英砂在第一混合酸中加熱至65°C浸泡lh，并不斷攪拌，所述石英砂與第一混合酸的固液比為1:1.2，浸泡后過濾，收集第二濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第二濾液進行滲析后，得到回收混合酸。
[0094]然后取所述回收混合酸和質(zhì)量分數(shù)為12%的硝酸溶液按照質(zhì)量比為1:1.2配制得到第二混合酸，將石英砂在第二混合酸中加熱至65°C浸泡lh，并不斷攪拌，所述石英砂與第二混合酸的固液比為1: 1.08。
[0095]浸泡后的所述石英砂用去離子水沖洗后，向其中加入質(zhì)量分數(shù)為5%的碳酸鈉溶液后攪拌0.6h，其中，所述石英砂與碳酸鈉溶液的固液比為1:1.5，攪拌后過濾，用去離子水沖洗。
[0096]每次浸泡的同時用超聲波間歇處理，超聲波的頻率為60KHz，超聲波間歇處理的方法為每次超聲波處理Smin后停止4min，然后再次重復(fù)用超聲波處理。
[0097]S5浮選:沖洗后的所述石英砂放入到浮選機中進行浮選，加入浮選劑后用鹽酸調(diào)節(jié)pH為2，每噸石英砂中加入的浮選劑的質(zhì)量為0.4kg，所述浮選劑中包括:十二燒基硫酸錢12g，檸檬酸12g，甘油35g，松節(jié)油15g，二乙胺25g以及三乙醇胺8g，余量為煮沸的去離子水，浮選時間為5min，浮選后用去離子水將所述石英砂清洗至中性。
[0098]S6干燥:先用質(zhì)量分數(shù)為30 %的乙醇浸漬石英砂，并通入氯氣進行高溫氯化處理，高溫氯化處理的溫度為800 V，處理時間為0.7h，高溫氯化處理后清洗，離心脫水后采用遠紅外干燥機，將清洗后的所述石英砂在250°C干燥7h，得到的干燥后的石英砂中含水量不超過0.2%，干燥后的石英砂置于1060°C的脫羥爐內(nèi)，通氮氣進行脫羥處理2.5h后取出，自然冷卻。
[0099]為了說明本發(fā)明的效果，發(fā)明人將按照本發(fā)明的實施例6制備得到的石英砂作為I組，將S4酸洗中將鹽酸、硫酸以及硝酸按照質(zhì)量比為1: 1: 1.2配制得到混合酸后，將石英砂在混合酸中加熱至65°C浸泡4h，并不斷攪拌，石英砂與混合酸的固液比為1:1.3，其余均與實施例6的制備方法相同，制得的石英砂作為2組。
[0100]對I組與2組中的石英砂進行檢測后發(fā)現(xiàn)，I組中S12的含量為99.997%，F(xiàn)e的含量不大于4ppm，Al的含量不大于7ppm，Na的含量不大于2ppm，2組中S12的含量為99.98%，F(xiàn)e的含量不大于12ppm，Al的含量不大于16ppm，Na的含量不大于4ppm，表明按照本發(fā)明實施例6中多次酸洗的方法生產(chǎn)出的石英砂純度更高，能滿足石英玻璃等工業(yè)生產(chǎn)對原料的要求，且大大減少了酸的用量。
[0101]盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的實施例。
【主權(quán)項】
1.一種高純石英砂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: SI粗選:選擇二氧化硅含量不小于99.3%的石英石為原料，清洗原料剔除雜質(zhì)，然后用破碎機將原料破碎成粒徑為5?15mm的顆粒； S2煅燒和水淬:將破碎后的顆粒在400?1300°C下在馬弗爐中煅燒后，將顆粒取出放入冰水混合物中淬火10?20s后，清洗，然后在溫度為40?50 0C的水中浸泡I?3min，將顆粒取出后用去離子水清洗后晾干； S3電選與磁選:將顆粒放入濕式碾磨機內(nèi)碾磨，碾磨為50?100目，將50?100目的顆粒在150?250°C下，施加強度為200?400V/cm的直流電場，電場作用時間為I?2h，然后施加5000?7000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選，將磁選后的顆粒碾磨為150?200目，將150?200目的顆粒在300?450°C溫度下，施加強度為500?700V/cm的直流電場，作用時間為0.5?1.5h，施加8000?10000GS的磁場強度在磁選機內(nèi)磁選后，再次磁選后的顆粒碾磨為200?300目，然后經(jīng)過脈沖磁場處理0.5?Ih，收集得到的石英砂； S4酸洗:將所述石英砂在質(zhì)量分數(shù)為15?25 %的鹽酸溶液中浸泡I?3h，浸泡后過濾，收集第一濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第一濾液進行滲析后，得到回收鹽酸； 取所述回收鹽酸和質(zhì)量分數(shù)為10?20%的硫酸溶液按照質(zhì)量比為1:1配制得到第一混合酸，然后將石英砂在第一混合酸中浸泡0.5?2h，浸泡后過濾，收集第二濾液和過濾后的石英砂，在滲析池中用陰離子交換膜對所述第二濾液進行滲析后，得到回收混合酸； 然后取所述回收混合酸和質(zhì)量分數(shù)為10?15%的硝酸溶液按照質(zhì)量比為1:1.2配制得到第二混合酸，將石英砂在第二混合酸中浸泡0.5?2h; 浸泡后的所述石英砂用去離子水沖洗后，向其中加入質(zhì)量分數(shù)為4?6%的碳酸鈉溶液后攪拌0.5?0.8h，其中，所述石英砂與碳酸鈉溶液的固液比為1: 1.3?1.6，攪拌后過濾，用去離子水沖洗； S5浮選:沖洗后的所述石英砂放入到浮選機中進行浮選，加入浮選劑后用鹽酸調(diào)節(jié)pH為I?3，浮選時間為4?6min，浮選后用去離子水將所述石英砂清洗至中性； S6干燥:采用遠紅外干燥機，將清洗后的所述石英砂在200?300 °C干燥4?1h，得到的干燥后的石英砂中含水量不超過0.2 %。2.如權(quán)利要求1所述的高純石英砂的制備方法，其特征在于，S5浮選中浮選時，每噸石英砂中加入的浮選劑的質(zhì)量為0.4?0.5kg，所述浮選劑中包括:十二烷基硫酸銨1?15g，朽1檬酸10?15g，甘油30?40g，松節(jié)油10?20g，二乙胺20?30g以及三乙醇胺5?1g，余量為煮沸的去離子水。3.如權(quán)利要求1所述的高純石英砂的制備方法，其特征在于，S4酸洗中每次浸泡的同時用超聲波間歇處理，超聲波的頻率為50?80KHz，超聲波間歇處理的方法為每次超聲波處理5?1min后停止3?5min，然后再次重復(fù)用超聲波處理。4.如權(quán)利要求1所述的高純石英砂的制備方法，其特征在于，S4酸洗中將石英砂在鹽酸溶液中浸泡時，所述石英砂與鹽酸溶液的固液比為1: 1.3?1.4;將石英砂在第一混合酸中浸泡時，所述石英砂與第一混合酸的固液比為1: 1.1?1.2;將石英砂在第二混合酸中浸泡時，所述石英砂與第二混合酸的固液比為1: 1.05?1.1。5.如權(quán)利要求1所述的高純石英砂的制備方法，其特征在于，S4酸洗中浸泡時均加熱至55?75°C，并不斷攪拌。6.如權(quán)利要求1所述的高純石英砂的制備方法，其特征在于，S6干燥進行前，用質(zhì)量分數(shù)為20?40 %的乙醇浸漬石英砂，并通入氯氣進行高溫氯化處理，高溫氯化處理的溫度為700?1000°C，處理時間為0.5?lh，高溫氯化處理后清洗，離心脫水后進行S6干燥； 干燥后的石英砂置于1050?1080°C的脫羥爐內(nèi)，通氮氣進行脫羥處理2?3h后取出，自然冷卻。7.如權(quán)利要求1所述的高純石英砂的制備方法，其特征在于，S3電選與磁選中脈沖磁場的磁場強度為20?50A/ m，脈沖磁場的脈沖間隔為15?20s。8.如權(quán)利要求1所述的高純石英砂的制備方法，其特征在于，S2煅燒和水淬中在400?13000C下在馬弗爐中煅燒的具體方法為:在400?600°C下煅燒1.5?2h后，700?900°C下煅燒I?1.5h，然后在1000?1300 °C下煅燒0.5?Ih。
【文檔編號】C01B33/12GK105948062SQ201610285865
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】張勛, 張鳳凱, 劉祥友, 李玉軍, 石坤
【申請人】江蘇凱達石英有限公司