CN102092722A - 一种“准球形”硅微粉一体化制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种“准球形”硅微粉一体化制备工艺，包括如下几个步骤：选矿、选矿料、粗粹、粉磨、过滤、缩分、煅烧、筛选、洗涤等。该工艺，使用同一条生产线，可以获得三种不同产品，适合在粉石英工业应用领域大规模推广，以取代高污染的高温土窑或者高温酸法生产线，可望对保护环境作出重大贡献。

Description

一种“准球形”硅微粉一体化制备工艺

技术领域

本发明涉及一种“准球形”硅微粉产品及其制备工艺，属于利用天然粉石英矿制备多种“准球形”硅微粉产品一体化加工技术领域。

背景技术

粉石英矿是天然产出的成分纯净的粉末状微晶石英。高硅低铝，钾、钠、钙、镁等碱金属含量甚微，氧化铁含量也远比普通硅石低；它是由大自然长期风化解离而成，自然粒度小，颗粒继承了微晶石英近等轴和均匀的特性，颗粒呈多边准球形，大小均匀，晶内无缺陷；它具有优异的电绝缘性、化学惰性和良好的耐酸腐蚀性。现已经广泛应用于建筑结构胶、油漆、涂料、橡胶、塑料、陶瓷、玻纤、耐火材料、熔模铸造等领域。

超细硅微粉使用范围十分广泛，如硅橡胶、塑料、油漆涂料、牙用材料、橡胶轮胎、精密陶瓷、耐火材料、电子电器绝缘材料、灌封料、环氧浇注料等。它具有合理有序，可控的粒度分布，不易沉降等特点，对改善和提高制品的性能，降低成本具有极佳的效果。超细级硅微粉，取代部分白炭黑填充于胶料中，对于提高制品的物性指标和降低生产成本均有很好作用。-2μm达60～70％的硅微粉用于出口级药用氯化丁基橡胶瓶塞和用于电工绝缘胶鞋中效果甚佳。

高纯硅微粉主要用于电子产品如集成电路板、半导体器体的环氧塑封的绝缘填充材料，集成电路的基板材料；SiO₂含量达99.99％以上还广泛应用于光纤、激光、航天、军事中。

在天然粉石英提纯过程中，用选矿方法粗提纯可以除去绝大部分单体含铁矿物，但天然粉石英颗粒表面氧化铁膜及裂隙内的铁染杂质则难于除去。酸溶和还原联合法是除去非金属矿物中单体褐铁矿及薄膜铁的有效方法，也可除去能溶于酸的各种金属杂质。但通常的提纯工艺复杂，对天然粉石英的包裹杂质以及生产过程的污染杂质不能有效去除。微波可以有效地“打开”粉石英矿物中含铁的包裹体，加快含铁杂质矿物的去除，提高漂白提纯效果，促进高纯高白硅微粉的生产。

天然消光剂用于木器油漆、硝基类涂料、氨基类涂料、塑料涂料、皮革涂料及印刷油墨等，也是硅微粉产品研制、应用领域的一个新探索。

现有技术中，消光剂不用粉石英这种天然二氧化硅矿物原料来制备，大部分是采用人工合成的超细二氧化硅，用这种人工合成原料制备的消光剂是：人工合成沉淀或气相二氧化硅消光剂。

采用粉石英这种天然矿物制造消光剂，这是一个新的技术、产业、应用探索。如何开发一种新的消光剂，使其不但用纯天然粉石英制备，产生环保效果，达到涂料、塑料、油墨、纸张、化纤、日化、医药、食品等行业对硅微粉的应用要求，这是一项技术难题。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，解决现有技术急需解决的难题，本发明公开了“准球形”硅微粉新产品及其一体化制备工艺。

本发明的一体化制备工艺包括如下步骤：

S1选定粉石英原矿；

S2手选粉石英原矿物料，排除黄色、红色等有色矿石；

S3对选定的粉石英原矿物料进行粗碎，设备优选颚式破碎机PE150×250，进料尺寸150mm，产量1～3t/h；

S4对粗碎的物料进行粉磨，粉磨设备优选为2R2613雷蒙磨，最大进料15mm，产品60～200目，产量1～3t/h；

S5对雷蒙磨的物料进行一次分级，粗粒物料分离返回S4雷蒙磨，细粒物料进入干式磁选机，干式磁选机优选φ300×500型，处理能力1～3t/h；

S6对干式磁选机输出的物料进行缩分；

S7对S6缩分获得的物料A加增白剂进行煅烧，复合增白剂用量1～5％，煅烧温度900～1450℃，煅烧时间1～8h；

S8对S7煅烧的物料A进行超细、颗粒整形，使颗粒球化率达98％以上，超细磨设备优选BJM-600型，工作容积280L，氧化锆球1～4mm，高浓度60～70％，分散剂用量0.3～0.5％；

S9用圆形振动筛对S8超细磨的物料A进行A1次分级；

S10把经过S9分级获得的部分物料A返回S8进行超细、颗粒整形，对其余物料A进行压滤；压滤机优选Xy60/92板框压滤机，过滤面积60m²，滤板材质优选聚丙烯塑料；

S11对S10压滤的物料A进行干燥，获得A型硅微粉。

A型硅微粉，即最终的A物料，也属于本发明的一种硅微粉产品，白度大于95％；-2μm≥90％；SiO₂含量≥99％；Al₂O₃含量≤0.12％；Fe₂O₃含量≤0.14％。它可替代白炭黑，充当橡胶补强剂等。

S7′对S6缩分获得的物料B进行超细、颗粒整形，使颗粒球化率达98％以上，超细磨设备优选优选BJM-600型，工作容积280L，氧化锆球1～4mm，高浓度60～70％，分散剂用量0.3～0.5％；

S8′用圆形振动筛对超细磨的物料B进行B1次分级，圆形振动筛优选YZS-800，处理矿浆能力6t/h；

S9′把B1次分级分离的部分物料B返回S7′超细磨，其余物料B进入高梯度磁选机，高梯度磁选机优选Slon-750(II)，转环转速3r/min，矿浆通过能力5～10m³/h，矿浆浓度20～40％；

S10′对S9′磁选后的物料用微波催化，用Na₂S₂O₄加稀硫酸还原漂白除杂，把S9′磁选后的物料进行化学漂白，即利用微波辐射催化，加稀硫酸和保险粉对S9′的天然粉石英物料进行还原漂白除杂，其条件为：微波功率700～800W，稀硫酸(20％浓度)用量3～5kg/t，保险粉用量0.8～1.5％，时间15min～30min；

S11′对S10′的物料B进行过滤、洗涤，通过膜分离设备洗涤，去除其中的离子杂质，膜分离采用5～10根有机膜管100×1000mm；

S12′对S11′的物料B进行干燥，使水份含量≤0.1％，干燥机优选XFG-600型，干料产量0.3～0.5t/h，获得B1型“准球形”硅微粉。

B1物料具有如下物化特性：白度大于90％；SiO₂含量≥99.9％；Al₂O₃含量≤0.075％；Fe₂O₃含量≤0.008％。

S13′对S12′的B1型“准球形”硅微粉，在高速加热混合机中，用改性剂进行表面改性，获得粉石英高效消光剂B2。改性剂优选聚乙烯蜡，用量1～2％，改性温度80℃～90℃，改性时间20-40min。物料粒度≤10μm。高速加热混合机优选GRH-500型，产量500kg/h，有效容积350L，主轴700r/min。

本发明的工艺，可以分级制备A、B1、B2三种“准球形”硅微粉物料，A物料主要用于代替白炭黑，充当橡胶剂；B1物料是电子专用新型高纯超细电子、电工级“准球形”硅微粉；B2物料适合充当粉石英高效消光剂。该工艺，使用同一条生产线，可以获得三种不同产品，适合在粉石英工业应用领域大规模推广，以取代高污染的高温土窑或者高温酸法生产线，可望对保护环境作出重大贡献。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的目的可用如下硅微粉分级制造方法的实施例予以实现：

S1选定粉石英原矿；

S2手选粉石英原矿物料，排除黄色、红色等有色矿石；

S3对选定的粉石英原矿物料进行粗碎，设备优选颚式破碎机PE150×250，进料尺寸150mm，产量1t/h；

S4对粗碎的物料进行粉磨，粉磨设备优选为2R2613雷蒙磨，最大进料15mm，产品200目，产量1t/h；

S5对雷蒙磨的物料进行一次分级，粗粒物料分离返回S4雷蒙磨，细粒物料进入干式磁选机，干式磁选机优选φ300×500型，处理能力1t/h；

S6对干式磁选机输出的物料进行缩分；

S7对S6缩分获得的物料A加增白剂进行煅烧，复合增白剂用量3％，煅烧温度1000℃，煅烧时间2h；

S8对S7煅烧的物料A进行超细、颗粒整形，使颗粒球化率达98％以上，超细磨设备优选BJM-600型，工作容积280L，氧化锆球4mm，高浓度65％，分散剂用量0.4％；

S9用圆形振动筛对S8超细磨的物料A进行A1次分级；

S10把经过S9分级获得的部分物料A返回S8进行超细、颗粒整形，对其余物料A进行压滤；压滤机优选Xy60/92板框压滤机，过滤面积60m²，滤板材质优选聚丙烯塑料；

S11对S10压滤的物料A进行干燥，获得A型硅微粉。

A型硅微粉，即最终的A物料，也属于本发明的一种硅微粉产品，白度为95.2％；-2μm＝91％；SiO₂含量＝99.0％；Al₂O₃含量为0.12％；Fe₂O₃含量为0.14％。它可替代白炭黑，充当橡胶补强剂等。

S7′对S6缩分获得的物料B进行超细、颗粒整形，使颗粒球化率达98％以上，超细磨设备优选优选BJM-600型，工作容积280L，氧化锆球3mm，高浓度60％，分散剂用量0.5％；

S8′用圆形振动筛对超细磨的物料B进行B1次分级，圆形振动筛优选YZS-800，处理矿浆能力6t/h；

S9′把B1次分级分离的部分物料B返回S7′超细磨，其余物料B进入高梯度磁选机，高梯度磁选机优选Slon-750(II)，转环转速3r/min，矿浆通过能力8m³/h，矿浆浓度25％；

S10′对S9′磁选后的物料用微波催化，用Na₂S₂O₄加稀硫酸还原漂白除杂，把S9′磁选后的物料进行化学漂白，即利用微波辐射催化，加稀硫酸和保险粉对S9′的天然粉石英物料进行还原漂白除杂，其条件为：微波功率800W，稀硫酸(20％浓度)用量3kg/t，保险粉用量1.5％，时间15min；

S11′对S10′的物料B进行过滤、洗涤，通过膜分离设备洗涤，去除其中的离子杂质，膜分离采用10根有机膜管100×1000mm；

S12′对S11′的物料B进行干燥，水份含量＝0.05％，干燥机优选XFG-600型，干料产量0.4t/h，获得B1型“准球形”硅微粉。

B1物料具有如下物化特性：白度90％；SiO₂含量＝99.9％；Al₂O₃含量＝0.075％；Fe₂O₃含量＝0.008％。

S13′对S12′的B1型“准球形”硅微粉，在高速加热混合机中，用改性剂进行表面改性，获得粉石英高效消光剂B2。改性剂优选聚乙烯蜡，用量1％，改性温度80℃，改性时间30min。物料粒度＝10μm。高速加热混合机优选GRH-500型，产量500kg/h，有效容积350L，主轴700r/min。

本实施例中，硅微粉的物化指标检测，全部采用现有技术已经公开的检测方法、检测手段：

例如，如下文献公开了非金属矿石物化性能的测试方法和步骤：

文献名(书籍)：非金属矿石物化性能测试和成分分析方法手册；

作者：金永铎、董高翔；

出版社：科学出版社；

出版号：ISBN7-03-011738-7；

出版时间：2004年1月第一次印刷。

该书第六章“硅藻土”(即本发明专利申请中的粉石英)第六节讲到硅藻土的粒度分布测定，该节158页第11行到第15行的内容是：

粒度分布是测定试料中各粒组质量占试料总质量的百分数。粒组按粒径＜1μm，1～2μm，2～5μm，5～10μm，10～20μm，20～30μm，30～50μm，50～75μm，75～100μm，＞100μm粒径范围划分。

根据粒组划分要求，采用筛析法和仪器分析法联合测定，粒径＞50μm部分采用筛析法，粒径＜50μm部分采用仪器分析法。

该节158页第22行到第23行，列明了仪器分析法使用的仪器，为“粒度分析仪”和“20W的超声波分散器”。

本实施例中，硅微粉中二氧化硅含量的测定方法按机械电子工业部部标准(SJ 3228.4-89)《高纯石英砂中二氧化硅的测定》。

本实施例中，硅微粉中三氧化二铁含量的测定按SN/T 0483-1995中第3.4的规定进行。

本实施例中，硅微粉中三氧化二铝含量的测定按SN/T 0483-1995中第3.3.12的规定进行。

Claims (1)

1.一种“准球形”硅微粉一体化制备工艺，包括如下步骤：

S1选定粉石英原矿；

S2手选粉石英原矿物料，排除黄色、红色等有色矿石；

S3对选定的粉石英原矿物料进行粗碎；

S4对粗碎的物料进行粉磨；

S5对粉磨的物料进行一次分级，粗粒物料返回粉磨机，细粒物料进入干式磁选机；

S6对干式磁选机输出的物料进行缩分；

S7对S6缩分获得的物料A加复合增白剂进行煅烧，复合增白剂用量1～5％，煅烧温度900～1450℃，煅烧时间1～5h；

S8对S7煅烧的物料A进行超细、颗粒整形，使颗粒球化率达98％以上；

S9用圆形振动筛对S8超细磨的物料A进行A1次分级；

S10把经过S9分级获得的部分物料A返回S8进行超细、整形，对其余物料A进行压滤；

S11对S10压滤的物料A进行干燥，获得A型“准球形”硅微粉；

S7′对S6缩分获得的物料B进行超细、颗粒整形，使颗粒球化率达98％以上；

S8′用圆形振动筛对超细磨的物料B进行B1次分级；

S9′把B1次分级分离的部分物料B返回S7′超细磨，其余物料B进入高梯度磁选机；

S10′对S9′磁选后的物料用微波催化，用Na₂S₂O₄加稀硫酸还原漂白除杂，把S9′磁选后的物料进行化学漂白，即利用微波辐射催化，加稀硫酸和保险粉对S9′的天然粉石英物料进行还原漂白除杂，其条件为：微波功率700～800W，稀硫酸(20％浓度)用量3～5kg/t，保险粉用量0.8～1.5％，时间15min～30min；

S11′对S10′的物料B进行过滤、洗涤，通过膜分离设备洗涤，去除其中的离子杂质；

S12′对S11′的物料B进行干燥，使水份含量≤0.1％，获得B1型“准球形”硅微粉。

S13′对S12′中的B1型“准球形”硅微粉，在高速加热混合机中，用改性剂进行表面改性，获得粉石英高效消光剂B2。改性剂优选聚乙烯蜡，用量1～2％，改性温度80℃～90℃，改性时间20-40min。物料粒度≤10μm。

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