CN103183351B - 氯化焙烧-浸出法提纯二氧化硅矿石的方法 - Google Patents

Abstract

氯化焙烧-浸出法提纯氧化硅矿石的方法，本发明涉及一种二氧化硅（石英）的提取工艺，具体为一种氯化焙烧-浸出法提纯氧化硅矿石的方法。解决从氧化硅矿石中选择性地除去某些有害元素如：Fe、Cu、Al、Ti等的技术问题。包括步骤如下：将氧化硅矿石破碎高温水淬，然后烘干粉磨制成氧化硅粉，氧化硅粉与氯化剂混合然后入密闭窑焙烧，焙砂用混合酸浸出，水洗中和、烘干。本发明利用各种金属氧化物与氯化剂作用，除去氧化硅粉表面的杂质元素。所以此法较浮选酸浸法提纯硅矿石为优，能代替浮选法提纯氧化硅粉，更适用于差级氧化硅的处理。工艺过程符合环保生产的要求。

Description

氯化焙烧-浸出法提纯二氧化硅矿石的方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅矿石的提纯工艺。具体为一种氯化焙烧一浸出法去除二氧化硅矿粉中有害金属元素，提纯二氧化硅粉的方法。

背景技术

光伏产业及高精尖科学发展，需要提高二氧化硅材料的质量。由于工艺条件、设备、矿石处理、环境沾污等方面的技术问题，目前浮选法采取的酸浸工艺提纯二氧化硅粉已经不能满足高质量的要求。因而，生产出来的二氧化硅材料质量的高低和酸浸工艺弊病，直接影响了集成、固体电路、光通讯、太阳能利用等硅材料的质量。尤其是杂质元素：Fe、Cu、B在二氧化硅材料中允许量极微，Al、Ti、K、Na、P等对半导体用二氧化硅材料也是限量存在.由于这些元素对二氧化硅材料纯度，质量影响甚大，要求二氧化硅提纯工艺加快发展。

现有的二氧化硅粉提纯方法为浮选法，采用酸浸工艺。主要流程是:二氧化硅矿石质量判别—优选矿石—实验室模拟—高温水淬—细碎—磨矿—粒度分选—浮选—清洗烘干—磁选—酸浸—清洗烘干。

酸浸工艺存在着对二氧化硅矿质量要求高，选矿困难、工艺过程复杂、能耗高、污染大、有害元素不能有效去除、成本高等缺点。

氯化焙烧是利用氯化冶金原理，在一定的条件下，借助于氯化剂的作用，使二氧化硅矿粉中的某些金属组分转变为气相或固相氯化物，以使金属元素和其他组分分离的过程。

由于金属及金属化合物、其他化合物，绝大多数均能与化学活泼强的氯反应。生成金属氯化物。各种金属氯化物与相应的金属化合物比较，又大多具有低熔点、高挥发性，在常温下易溶于水等性质。更为重要的是生成氯化物的难易和性质的差异，往往又十分明显。所以，在氯化过程中，运用金属氯化物的这一特性，较方便而有效的实现金属杂质元素（二氧化硅矿中伴生矿物的组成）与二氧化硅粉基体分离之目的。它与酸处理二氧化硅粉中的杂质不同，酸浸出不过是除去二氧化硅粉表面的杂质，而氯化焙烧浸出法，是在高温下进行的。在焙烧过程中，二氧化硅粒表面产生裂纹，尤其是伴生的异矿物处易于产生，更能与氯化剂作用，从而除去二氧化硅粉更多表面的杂质元素。所以此法较简单纯酸处理为优，能代替浮选法提纯二氧化硅粉，更适用于差级二氧化硅的处理、降低成本。

氯化焙烧所用的氯化剂主要有氯气、氯化氢等气态氯化剂和氯化钠、氯化镁、氯化钙、氯化铵、四氯化碳、三氯乙烯等固态氯化剂。

中国专利申请号为88105880.7公开了一种用氯化剂生产碳酸锶的方法

该技术提出粗碳酸锶与氯化铵混合焙烧，焙烧温度200到300℃，焙砂用水浸出提取纯碳酸锶的方法。

中国专利“黑色风化矿泥氯化铵焙烧提取氧化稀土的方法”（池汝安、朱国才，申请号：97125900.3）提出黑色风化矿泥与氯化铵和碳粉混合制球后焙烧，焙烧温度330-550℃，焙砂水浸后提取氧化稀土。

中国专利申请号为200410069373.0公开了一种从低含量碳酸锰矿原矿中回收锰的方法，该技术提出氯化铵或硫酸铵与低含量碳酸锰矿混合焙烧，焙烧温度300-800℃，焙砂浸出后浸液用焙烧产生的氨气和二氧化碳沉锰。

从以上叙述可以看出，以氯化铵为氯化剂进行氯化焙烧在各类金属矿物的提取中已经得到了应用，但在二氧化硅矿的氯化方面没见报道。

氯化焙烧-浸出法提纯二氧化硅矿石的方法乃是氯化冶金原理的应用，此法有方法简单效果好、成本低的优点。

发明内容

本发明为了解决从二氧化硅矿中去除有害金属元素的技术问题而提供了一种氯化焙烧-浸出法提纯二氧化硅矿石的方法。

本发明是由以下技术方案实现的，一种氯化焙烧-浸出法提纯二氧化硅矿石的方法，包括步骤如下：

(1)将二氧化硅矿高温煅烧水淬（或根据二氧化硅玻璃的工艺要求直接实施步骤(2)），所述的二氧化硅矿为二氧化硅矿或者其他含硅物料，如各种二氧化硅管、二氧化硅棒、二氧化硅坩埚、二氧化硅块、二氧化硅片、二氧化硅锭、二氧化硅砖、二氧化硅器皿的废渣、废料；

(2)精选去杂、烘干，粉磨细；

(3)粉磨好的二氧化硅粉与一定量的氯化剂（四氯化碳、氯化氢、氯气、氯化铵、三氯乙烯）充分混合，氯化剂与二氧化硅粉的重量比为0.04-0.08︰1，混合后的物料入窑；

(4)二氧化硅粉与氯化剂的混合物入氯化炉以控制温度进行选择性氯化，焙烧温度900℃，焙烧时间60分钟；

(5)窑内排出的尾气可通入化工吸收装置回收，根据所选择的氯化剂可还原氯化剂循环使用或中和排放；

(6)氯化后的二氧化硅粉再用HCl、HNO₃、HF，混合液泡40小时以上；

(7)用电渗析水或去离子水清洗氯化后的二氧化硅粉，洗至中性后，经200°---900℃烘干；

(8)包装。

与现有技术相比本发明有以下特点：

1、二氧化硅矿料可根据二氧化硅制品的工艺要求，或高温水淬或直接磨粉。二氧化硅矿直接磨粉，节省了高温水淬过程，每吨电耗下降1000余度。同时，直接磨粉的二氧化硅粉比高温水淬磨粉的二氧化硅粉熔点低70℃，用来熔制二氧化硅制品时每公斤又可以节电1度左右。二氧化硅制品电耗成本比高温水淬可下降1000元以上。

2、对二氧化硅矿的质量要求低，矿石不受区域、矿位限制，来源广泛。氯化焙烧的二氧化硅矿石价格在百元之内，而浮选法要求二氧化硅品质价格在1000元-6000元，成本下降明显。

3、氯化剂在焙烧过程中分解为相应的酸气，酸气与物料中的金属成分反应生成可溶性盐，未反应的余酸气用水回收后的水溶液和酸浸后溶液经浓缩，还原为氯化剂循环使用，达到了环保生产。

4、通过控制焙烧温度和物料停留时间可以对不同地区的二氧化硅中金属氧化物的差异进行选择性氯化，尽量使二氧化硅矿中的有害金属元素生成水溶性氯化物。

5、可用电、气、煤等方式加热、加热后的余热用于烘干物料，热利用率高，可实现最大限度的节能。

6、氯化焙烧法制取的二氧化硅粉矿品位高，可以达到含硅99.998%以上，可以取代进口的高纯二氧化硅粉。

7、氯化剂可循环使用，从而降低了成本，减少了污染。

8、工艺过程无废气废水排放，符合绿色生产的要求。

9、除二氧化硅矿外，该工艺也适用于其他类型的含硅物料、残次废料，有利于资源再利用。

具体实施方式

实施例1（制取高温二氧化硅制品）：一种氯化焙烧-浸出法提纯二氧化硅矿石的方法，包括步骤如下：

①矿石纯化准备：

二氧化硅矿石进厂后以人工在日光灯下目测粗选，剔除含有包裹体二氧化硅块，并进行分级注明用途，然后用混合酸除去表面的氧化铁、氧化锰及碳酸盐类、绿泥石等、洗至中性，高温煅烧水淬、烘干，进行精选，剔除明显的杂质如氧化铁、磁钛铁矿、金云母等杂质，经电磨后取需要的颗粒度粉子。

②氯化焙烧作业及混合酸酸泡：

将二氧化硅粉与固体氯化剂以4-8%的百分比配料，置于混料机中混匀，转入氯化炉以控制温度进行选择性氯化，其废气可通入化工吸收装置回收HCl。氯化后的二氧化硅粉再用混合酸泡40小时以上。

③清洗烘干

粉子的清洗过程也是二氧化硅粉经混合酸处理生成的盐类与二氧化硅粉分离的过程，而这个过程也包含着盐类水解和某种化学反应平衡移动等化学反应。同时清除微细粉进一步纯化。

磁选、包装。

磁选的目的主要是去除部分难易被氯化的Fe和生产过程的污染。

实施例2（制取非高温二氧化硅制品）：一种氯化焙烧-浸出法提纯二氧化硅矿石的方法，包括步骤如下：

①矿石纯化准备：

二氧化硅矿石进厂后以人工在日光灯下目测粗选，剔除含有包裹体二氧化硅块，并进行分级注明用途，然后用混合酸除去表面的氧化铁、氧化锰及碳酸盐类、绿泥石等、洗至中性，烘干，进行精选，剔除明显的杂质如氧化铁、磁钛铁矿、金云母等杂质，经电磨后取需要的颗粒度粉子。

②氯化焙烧作业及混合酸酸泡：

将二氧化硅粉与固体氯化剂以4-8%的百分比配料，置于混料机中混匀，转入氯化炉以控制温度进行选择性氯化，其废气可通入化工吸收装置回收HCl。氯化后的二氧化硅粉再用混合酸泡40小时以上。

③清洗烘干

粉子的清洗过程也是二氧化硅粉经混合酸处理生成的盐类与二氧化硅粉分离的过程，而这个过程也包含着盐类水解和某种化学反应平衡移动等化学反应。同时清除微细粉进一步纯化。

磁选、包装。

磁选的目的主要是去除部分难易被氯化的Fe和生产过程的污染。

Claims (2)

1.一种氯化焙烧-浸出法提纯二氧化硅材料的方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)将二氧化硅矿或者其他含硅物料高温煅烧水淬或直接步骤(2)；所述的其他含硅物料选自二氧化硅管、二氧化硅棒、二氧化硅块、二氧化硅片、二氧化硅器皿或者其废渣、废料；

(2)精选去杂、烘干，粉磨细；

(3)粉磨好的二氧化硅粉与一定量的氯化剂充分混合，所述的氯化剂选自四氯化碳、氯化铵、三氯乙烯，氯化剂与二氧化硅粉的重量比为0.04-0.08：1，混合后的物料入密闭焙烧窑炉；

(4)二氧化硅粉与氯化剂的混合物入氯化炉以控制温度进行选择性氯化，所述的氯化炉为密闭焙烧窑炉，焙烧温度900℃，焙烧时间60分钟；

(5)密闭焙烧窑炉内排出的尾气通入化工吸收装置回收，用于还原氯化剂循环使用或中和排放；

(6)氯化后的二氧化硅粉再用HCl、HNO₃、HF的混合液泡40小时以上；

(7)用电渗析水或去离子水清洗氯化后的二氧化硅粉，洗至中性后，经200℃－900℃烘干；

(8)磁选、包装。

2.根据权利要求1所述的氯化焙烧－浸出法提纯二氧化硅材料的方法，其特征在于：步骤(4)所述的密闭焙烧窑炉为各种间接加热式的窑炉。