CN101177272B

CN101177272B - 一种从工业纯石英砂中深度除铝的方法

Info

Publication number: CN101177272B
Application number: CN2007101345555A
Authority: CN
Inventors: 李敬生; 沈琴
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: CN101177272A

Abstract

本发明涉及一种从石英砂中深度脱除杂质铝的方法，用15％-20％的单一盐酸代替盐酸和硫酸组成的混合酸，盐酸∶石英砂的重量比为1∶1，在温度为80℃-90℃时用机械搅拌对工业纯的石英砂浸出至少5小时或者用0.4％-0.6％的草酸与1.0％-4.5％的盐酸成的混合酸对石英砂中的铝进行浸除，草酸与盐酸混合重量比为0.5∶99.5，混合酸∶石英砂的重量比为1∶1，超声波搅拌至少1小时，利用上述方法，可以把工业纯石英砂中的杂质铝除到20PPm以下，超过世界公认的美国Unimin公司优质石英砂的标准，且以极少量的弱酸(草酸)代替了常用的工业强酸(硫酸)，故对环境的危害大大降低，有利于环境保护。

Description

一种从工业纯石英砂中深度除铝的方法

技术领域

本发明涉及一种从石英砂中深度脱除杂质铝的方法，特别是指一种用简单易行，对环境比较友好且可能在工业界大规模推行的办法从工业纯石英砂中进一步脱除杂质铝，使之达到世界公认的优质石英砂标准的方法。

背景技术

杂质含量在ppm级的高纯石英砂是一种重要的工业原料。它广泛应用于计算机、光导光纤、半导体材料、航空航天、原子能技术等高科技领域。但由于这些高科技领域对石英原料的要求很高，而我国天然高纯度石英资源又很缺乏，因此目前每年不得不进口5000-8000吨以满足急需，而且逐年增加。因此，寻求一种高效环保的石英砂深度提纯技术，不但具有科学上的意义，更重要的是可以满足我国的高科技用材需求，因此具有重要的战略意义。

工业纯的石英砂含有很多种杂质，其中以杂质铁和铝最难除去，因而含量较高。这两种杂质中，又尤以杂质铝最难除去，因此也含量最高。在绝大多数情况下，杂质铝含量为杂质铁含量的数倍到100多倍。通常认为，这是由于二氧化硅的特殊结构所致：铝在石英晶格中以交互嵌镶的形式存在，因而大大增加了两者分离的难度。有鉴于此，目前对于工业石英砂进一步深度除铝大多用强酸强碱加高温的极端办法，以有效破坏石英的晶格结构从而除去其中的杂质。这些办法通常又可分为两类(由于强碱法不能除去石英砂中的铁、铜等或其化合物，该操作前、后都需经过酸洗步骤，强碱法浸蚀只是一系列操作中的一个步骤，故归入酸法)：一类是无(氢)氟(酸)酸浸法，所用的酸通常包括盐酸，硝酸，硫酸等强酸，其浓度约为20％-100％不等，也可能与其它单元操作如焙烧，水淬，以及40℃-120℃的高温等条件配合使用。这类方法的主要优点是对石英砂的主要成分二氧化硅无损害，但一般除铝的效果欠佳。而且浸余液酸度高，对环境危害大，且操作用时长；另一类是有(氢)氟(酸)酸浸法，其最显著的特点是在第一类的酸中加入了一定比例的氢氟酸。由于氢氟酸能与石英砂的主要成份二氧化硅反应，造成石英砂的损失。因此该类方法的主要缺点是除杂过程对目的矿物二氧化硅有损害，但由于氢氟酸能彻底破坏阻碍杂质铝除去的二氧化硅晶格结构，因此通常除杂率较高。

发明内容

本发明的目的就是克服现有两类方法的不足，提供一种既不造成主要目的矿物石英砂的损失，又能以较快的时间有效去除石英砂中的杂质铝，使其达到世界公认的优质石英砂含铝水平，同时又对环境的危害大大减小的方法。

本发明的技术方案有两个：

按重量百分比计算，用15％-20％的单一盐酸代替盐酸和硫酸组成的混合酸，盐酸∶石英砂的重量比为1∶1，在温度为80℃-90℃时用机械搅拌对工业纯的石英砂浸出至少5小时，石英砂中铝的去除率可达45％，即达到20.4ppm。这个结果与世界公认的高纯石英砂供应商—美国Unimin公司22.7ppm(北京大学测定值)的含铝量相当。但比通常20％-100％的用酸量大大减少，其中15％的盐酸和80℃温度下的除杂效果最好。

按重量百分比计算，用0.4％-0.6％的草酸与1.0％-4.5％的盐酸成的混合酸对石英砂中的铝进行浸除，草酸与盐酸混合重量比为0.5∶99.5，混合酸∶石英砂的重量比为1∶1，超声波搅拌至少1小时，石英砂中铝的去除率最大可达53％，即17.4ppm。这个结果比国内外已知的同类方法效果要好，也比美国Unimin公司22.7ppm(北京大学测定值)的含铝量低5ppm。而且酸的浓度进一步大幅减少。

其中以如下方案最好：0.5％的草酸和1.0％的盐酸按0.5∶99.5的重量比混合，施加超声波频率25-40kHz，功率360W，施加方式为反应釜外施加。

草酸的作用主要是加快了除杂的初始速度，而超声波的作用主要是从分子水平上强化了浸出过程的质量传递和动量传递，使石英砂颗粒与溶液间反应层的表面更新加快，并使石英砂中的杂质铝原子在交变的动力下处于不稳状态并阻止新的缔合或结合，从而有利于从石英砂中剥离出来。其结果就是达到最高的浸出率所用的操作时间用超声波搅拌比用传统的机械搅拌少耗时4小时，即前者仅为后者的20％。

本发明的有益效果是：

(1)在使用单一酸时，比同类的方法能节省大量强酸，且效果与同类方法的效果相比稍优或更好。

(2)用0.5％左右的草酸和1.0％左右盐酸的混合酸时，不但能大大节约工业强酸的用量(通常约为15％-100％)，而且完全省去了工业强酸硫酸的使用。代之以浓度很小的弱酸-草酸和低浓度的盐酸(1.0％)，从而有利于环境保护。

(3)在上述(2)的混合酸下，并有超声波作用时，我们的除铝效果通常比同类的方法更快更好；或者在大致相同的除铝效果时，我们的方法更简捷。

(4)有很多实验证明，在草酸存在的条件下，也可以除去石英砂中的铁、铜等其它金属杂质。因此最少理论上不但可使浸除液得到充分利用，而且降低了浸余液的酸度，有利于环境保护。

具体实施方式

实验所用的样品为江苏连云港金达石英宝石制品有限公司提供，其中SiO₂含量高达99.87％，杂质铝含量为37.1ppm。故为深度除铝。

实施例1：(优选)

在带机械搅拌的反应釜中，温度为80℃、盐酸溶液∶石英砂的重量比为1∶1，在15％的单一盐酸溶液中，反应5小时后浸除率达到最大值45％。亦即，浸除后的石英砂含铝(21.4ppm)，稍优于美国Unimin公司22.7ppm的水平。

实施例3：(优选)

在反应釜底(外)部用超声波搅拌，超声波频率40kHz，功率360W，温度为80℃、将1.0％的盐酸和0.5％草酸混合酸溶液按99.5/0.5重量比进行混合，加入等重量的石英砂于混合酸溶液，反应1小时后浸除率达到53％。浸除后的石英砂含铝(17.4ppm)，超过美国Unimin公司22.7ppm的水平。且浸除用酸量大大降低，用时仅为实施例1中机械搅拌的20％。

Claims

1.一种从工业纯石英砂中深度除铝的方法，其特征在于：按重量百分比计算，用0.4％-0.6％的草酸与1.0％-4.5％的盐酸组成的混合酸对石英砂中的铝进行浸除，草酸与盐酸混合重量比为0.5∶99.5，混合酸∶石英砂的重量比为1∶1，超声波搅拌至少1小时，石英砂中铝的去除率最大达到53％，即达到17.4ppm。

2.如权利要求1所述的一种从工业纯石英砂中深度除铝的方法，其特征在于：0.5％的草酸和1.0％的盐酸按0.5∶99.5的重量比混合，施加超声波频率25-40kHz，功率360W，施加方式为反应釜外施加。