CN104192849A - 一种利用脉石英生产超纯石英砂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用脉石英生产超纯石英砂的方法，在脱水干燥步骤与酸洗提纯步骤之间，利用重量百分浓度为10%的氢氟酸循环酸洗运行2-8小时，并用磁场强度为5000-15000高斯的磁选机进行单次/级或3次/级磁选，去除铁质；最终放入石英或石墨或铂金或铂铑合金作内衬的煅烧炉中，用氮气赶尽炉内的空气，在950-1000℃的温度下煅烧1-2小时，再放入循环的冷水池中水淬，然后进行脱水，干燥；本发明所设计的一种利用脉石英生产超纯石英砂的方法能够大大减少生产过程中的污染，同时确保杂质含量小于超纯级。

Description

一种利用脉石英生产超纯石英砂的方法

技术领域

本发明涉及矿石冶炼领域，特别是一种利用脉石英生产超纯石英砂的方法。

背景技术

我国石英砂资源丰富，但是目前生产的高纯石英砂，SiO2 最高只能达到99.996％，其生产工艺是：原矿分选-破碎-煅烧-水淬-晾干-干法制砂-筛分-浮选-酸洗-水洗-烘干-磁选-检验合格-产品；并且产品质量不稳、产量不高；要发展我国的相关高科技产业，突破外国在该领域的技术壁垒限制，防止优质资源大量浪费，我国必须尽快进行超纯石英砂的生产工艺和设备进行研究，并早日完成工业化生产，以满足国内对超纯石英材料的需求。 

目前，我国提纯高纯度石英砂的常用的方法有两种：第一种方法是把砂子放于酸洗池中用无机酸液进行静态浸泡几天。第二种方法是石英砂放入酸洗容器中，用室温的无机酸液进行搅拌后浸泡几天。

上述生产过程中，其最大的弊端是：酸洗时酸液很难与石英砂颗粒均匀接触，其杂质也就很难与酸液充分接触而难被溶除，这样的酸洗工艺生产出来的石英砂，其产品质量根本无法保证；而采用常温酸液浸泡加机械搅拌的方法，似乎可以解决酸液与石英砂颗粒接触的均匀性和增加酸液与杂质的反应速度问题。

但是，由于石英砂颗粒是不规则的多菱角的几何状物，其硬度大、菱角锋利，在搅拌过程中磨损严重；它虽然增加了酸液与物料石英砂颗粒接触的均匀性和酸洗速度的问题，同时又带来了新的杂质污染问题。由此可见，在现有的石英砂提纯工艺中，由于没有很好的生产工艺和酸洗提纯装置，也就无法保证生产的产品质量的稳定性，同时生产效率也很低；为此，国内的很多从事石英砂提纯的生产企业自上个世纪80年代中期开始想办法解决上述的酸洗工艺和酸洗提纯装置问题，但由于多方面的原因至今没有很好的解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种能够大大减少生产过程中的污染，同时确保杂质含量达到超纯级的利用脉石英生产超纯石英砂的方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种利用脉石英生产超纯石英砂的方法，A.先将天然脉石英矿石用自来水进行人工精选去杂、精洗，选用二氧化硅含量大于99.80%；铝含量小于0.0050%；灼烧失量小于0.15% 的洁白无可见杂质的矿石作为原料；此料为精料1；还包括下述工艺步骤：

B.对精料1进行破碎，选取长度为30-50毫米大小的块料置于酸洗池中，用重量百分浓度为18-25%盐酸液浸没浸泡24小时，放掉酸液，先用自来水冲洗矿石到pH=6.5-7.0，再用去离子水洗至氯离子小于20ppm,沥干，再进行人工精选去杂，此料为精料2；

C.将精料2用铁质轮碾机或铁质制砂机进行湿法制砂、磁选、分级、重力选、精洗、收集30-140目的物料、脱水，即得半成品砂；此半成品砂即为精料3；而通过140目筛网下的砂浆，收集到浓密机处理，经浓密机沉淀处理后的清水再循环使用；

D.再把精料3放入水洗装置中，先用自来水清洗至中性，然后用去离子水进行精洗2-3次后脱水干燥；干燥后的物料为精料4；

E.把精料4再放入耐酸耐碱流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，以重量百分浓度为20%的盐酸或硝酸为酸洗液，在微负压和80-100℃的温度下，在流化态的状态下保温提纯2-4小时，脱酸，水洗至中性，再分别用去离子水和电子级纯水洗涤到其洗水的电阻率与电子级纯水的电阻率相同后，脱水干燥；

干燥后的物料为纯度不低于99.99%，杂质Al,Fe,Cu,Ca,Mg,Co,Ni,Mn,K,Na,Li,B,P,Cr 的总含量小于100ppm 的石英砂；此料为精料5；

F.将精料5送入高温氯化装置中的预热罐中预热，在微负压的状态下，通过启动预热罐外层加热电极板进行加热，当预热罐中的温度达到573度时，保温半小时，继续加热，当温度达到600-650度时，将物料放入氯化罐中，并启动氯化罐外层加热电极板进行加热，当氯化罐内温度达到1000度时，开启真空系统，控制真空度在-0.03--0.07MPa之间，并开始通入氯气: 氯化氢=1:1的混合气体, 开启气体除尘装置，在1000-1350℃的温度下氯化0.5-2小时；再将氯化好的物料放入至流化冷却罐中，用鼓风机送入经多级净化的洁净的新鲜空气对其流化冷却至室温后，包装，即可得纯度不低于99.98%超纯石英砂；

技术效果：1.提纯后的产品纯度高：酸浸法提纯后石英砂中的碱金属、碱土金属、过渡元素等金属的极限值为1～3个PPM, 而高温氯化法可以达到几个至几十个PPB；2，提纯的速度快：由于温度高，氯气和氯化氢气体的活度大，与杂质元素反应速度快，半小时至两小时即可除杂完毕；3，提纯的同时可以脱除石英砂中的部分气体包裹体和羟基，高温时石英砂中气体包裹体体积膨胀，从砂颗粒中溢出，砂中的结晶水变成水蒸气电离成氢离子和氢氧根离子（羟基），它容易和高温氯气、氯化氢气体发生反应生成氯化氢和氯气而被脱除。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述的利用脉石英生产超纯石英砂的方法，步骤D至步骤E之间还包括如下处理：

①把精料4放入专用的耐酸耐温流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，填装量不超过酸洗罐容积的60-80%，以重量百分浓度为10%的氢氟酸循环酸洗运行2-8小时；

②将精料4用磁场强度为5000-15000高斯的磁选机进行单次/ 级或3 次/ 级磁选，去除铁质；

③把精料4放入石英或石墨或铂金或铂铑合金作内衬的煅烧炉中，用氮气赶尽炉内的空气，在950-1000℃的温度下煅烧1-2小时，再放入循环的冷水池中水淬；然后进行脱水，干燥；

技术效果：酸洗工作稳定，产品纯度高，质量稳定；

不仅除杂速度快，而且还消除了因搅拌磨损带来的二次污染问题，使原来的生产周期为几天到几十天大为缩短，缩短了生产周期，提高了生产效率；

在微负压的环境下，通过上盖顶部的排气管、真空吸收酸雾装置，可回收利用酸液加热过程中溢出的酸性气体，既改善了生产环境又防止了环境污染；

真空脱除酸液，节约了酸液的用量，降低了生产成本。

前述利用脉石英生产超纯石英砂的方法，步骤B中，对精料1进行破碎，选取长度为30-50毫米大小的块料置于酸洗池中，用重量百分浓度为20%盐酸液浸没浸泡24小时，放掉酸液，先用自来水冲洗矿石到pH=6.5-7.0，再用去离子水洗至氯离子小于20ppm,沥干，再进行人工精选去杂，此料为精料2；

步骤C中，把精料4再放入耐酸耐碱流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，以重量百分浓度为20%的盐酸或硝酸为酸洗液，在微负压和90℃的温度下，在流化态的状态下保温提纯3小时，脱酸，水洗至中性，再分别用去离子水和电子级纯水洗涤到其洗水的电阻率与电子级纯水的电阻率相同后，脱水干燥；

步骤F中，将精料5送入高温氯化装置中的预热罐中预热，在微负压的状态下，通过启动预热罐外层加热电极板进行加热，当预热罐中的温度达到573度时，保温半小时，继续加热，当温度达到,620度时，将物料放入氯化罐中，并启动氯化罐外层加热电极板进行加热，当氯化罐内温度达到1000度时，开启真空系统，控制真空度在-0.05MPa之间，并开始通入氯气: 氯化氢=1:1的混合气体, 开启气体除尘装置，在1200℃的温度下氯化1小时；再将氯化好的物料放入至流化冷却罐中，用鼓风机送入经多级净化的洁净的新鲜空气对其流化冷却至室温后，包装，即可得纯度不低于99.98%超纯石英砂。

前述的利用脉石英生产超纯石英砂的方法，①把精料4放入专用的耐酸耐温流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，填装量不超过酸洗罐容积的70%，以重量百分浓度为10%的氢氟酸循环酸洗运行6小时；

②将精料4用磁场强度为10000高斯的磁选机进行单次/ 级或3 次/ 级磁选，去除铁质；

③把精料4放入石英或石墨或铂金或铂铑合金作内衬的煅烧炉中，用氮气赶尽炉内的空气，在980℃的温度下煅烧1.5小时，再放入循环的冷水池中水淬；然后进行脱水，干燥。

本发明的有益效果是：

1.对破碎后的矿石进行酸处理，减小了铁质和其他杂质污染；

2.用高纯石英玻璃、高纯石墨、铂金或铂铑合金等材料作内衬的煅烧炉，减小了煅烧过程中的污染；

3.所用水淬池带循环冷却水装置，确保了水淬的温度；

4.用铁质材料制砂，加上磁选和重力选，把铁质粉末和硫化矿物及其重金属矿物控制在一定的范围，减小了后处理的难度；

5.用专用耐酸耐温流化态提纯酸洗装置，不仅提高了酸洗的速度和效率，也确保了酸洗的质量，还把溢出的酸性气体进行合理的回收和利用，使其生产过程无有毒有害气体污染；

6.二次煅烧和酸洗确保了产品中的气体包裹体及杂质在可控制的范围内；

7.最后用专用的高温氯化装置除杂的方法解决了酸洗除杂无法除去的碱金属、碱土金属和过渡元素金属等的问题，从而确保其产品达到超纯级。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种利用脉石英生产超纯石英砂的方法，A.先将天然脉石英矿石用自来水进行人工精选去杂、精洗，选用二氧化硅含量大于99.80%；铝含量小于0.0050%；灼烧失量小于0.15% 的洁白无可见杂质的矿石作为原料；此料为精料1；还包括下述工艺步骤：

B.对精料1进行破碎，选取长度为30-50毫米大小的块料置于酸洗池中，用重量百分浓度为18-25%盐酸液浸没浸泡24小时，放掉酸液，先用自来水冲洗矿石到pH=6.5-7.0，再用去离子水洗至氯离子小于20ppm,沥干，再进行人工精选去杂，此料为精料2；

C.将精料2用铁质轮碾机或铁质制砂机进行湿法制砂、磁选、分级、重力选、精洗、收集30-140目的物料、脱水，即得半成品砂；此半成品砂即为精料3；而通过140目筛网下的砂浆，收集到浓密机处理，经浓密机沉淀处理后的清水再循环使用；

D.再把精料3放入水洗装置中，先用自来水清洗至中性，然后用去离子水进行精洗2-3次后脱水干燥，干燥后的物料为精料4，还包括如下处理：

①把精料4放入专用的耐酸耐温流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，填装量不超过酸洗罐容积的60-80%，以重量百分浓度为10%的氢氟酸循环酸洗运行2-8小时；

②将精料4用磁场强度为5000-15000高斯的磁选机进行单次/ 级或3 次/ 级磁选，去除铁质；

③把精料4放入石英或石墨或铂金或铂铑合金作内衬的煅烧炉中，用氮气赶尽炉内的空气，在950-1000℃的温度下煅烧1-2小时，再放入循环的冷水池中水淬；然后进行脱水，干燥；

E.把精料4再放入耐酸耐碱流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，以重量百分浓度为20%的盐酸或硝酸为酸洗液，在微负压和80-100℃的温度下，在流化态的状态下保温提纯2-4小时，脱酸，水洗至中性，再分别用去离子水和电子级纯水洗涤到其洗水的电阻率与电子级纯水的电阻率相同后，脱水干燥；

干燥后的物料为纯度不低于99.99%，杂质Al,Fe,Cu,Ca,Mg,Co,Ni,Mn,K,Na,Li,B,P,Cr 的总含量小于100ppm 的石英砂；此料为精料5；

F.将精料5送入高温氯化装置中的预热罐中预热，在微负压的状态下，通过启动预热罐外层加热电极板进行加热，当预热罐中的温度达到573度时，保温半小时，继续加热，当温度达到600-650度时，将物料放入氯化罐中，并启动氯化罐外层加热电极板进行加热，当氯化罐内温度达到1000度时，开启真空系统，控制真空度在-0.03--0.07MPa之间，并开始通入氯气: 氯化氢=1:1的混合气体, 开启气体除尘装置，在1000-1350℃的温度下氯化0.5-2小时；再将氯化好的物料放入至流化冷却罐中，用鼓风机送入经多级净化的洁净的新鲜空气对其流化冷却至室温后，包装，即可得纯度不低于99.98%超纯石英砂；

实施例2

本实施例提供的一种利用脉石英生产超纯石英砂的方法，A.先将天然脉石英矿石用自来水进行人工精选去杂、精洗，选用二氧化硅含量大于99.80%；铝含量小于0.0050%；灼烧失量小于0.15% 的洁白无可见杂质的矿石作为原料；此料为精料1；还包括下述工艺步骤：

B.对精料1进行破碎，选取长度为30-50毫米大小的块料置于酸洗池中，用重量百分浓度为20%盐酸液浸没浸泡24小时，放掉酸液，先用自来水冲洗矿石到pH=6.5-7.0，再用去离子水洗至氯离子小于20ppm,沥干，再进行人工精选去杂，此料为精料2；

C.将精料2用铁质轮碾机或铁质制砂机进行湿法制砂、磁选、分级、重力选、精洗、收集30-140目的物料、脱水，即得半成品砂；此半成品砂即为精料3；而通过140目筛网下的砂浆，收集到浓密机处理，经浓密机沉淀处理后的清水再循环使用；

D.再把精料3放入水洗装置中，先用自来水清洗至中性，然后用去离子水进行精洗2-3次后脱水干燥；干燥后的物料为精料4，还包括如下处理：

①把精料4放入专用的耐酸耐温流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，填装量不超过酸洗罐容积的70%，以重量百分浓度为10%的氢氟酸循环酸洗运行6小时；

②将精料4用磁场强度为5000-15000高斯的磁选机进行单次/ 级或3 次/ 级磁选，去除铁质；

③把精料4放入石英或石墨或铂金或铂铑合金作内衬的煅烧炉中，用氮气赶尽炉内的空气，在980℃的温度下煅烧1-2小时，再放入循环的冷水池中水淬；然后进行脱水，干燥；

E.把精料4再放入耐酸耐碱流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，以重量百分浓度为20%的盐酸或硝酸为酸洗液，在微负压和90℃的温度下，在流化态的状态下保温提纯3小时，脱酸，水洗至中性，再分别用去离子水和电子级纯水洗涤到其洗水的电阻率与电子级纯水的电阻率相同后，脱水干燥；

干燥后的物料为纯度不低于99.99%，杂质Al,Fe,Cu,Ca,Mg,Co,Ni,Mn,K,Na,Li,B,P,Cr 的总含量小于100ppm 的石英砂；此料为精料5；

F.将精料5送入高温氯化装置中的预热罐中预热，在微负压的状态下，通过启动预热罐外层加热电极板进行加热，当预热罐中的温度达到573度时，保温半小时，继续加热，当温度达到620度时，将物料放入氯化罐中，并启动氯化罐外层加热电极板进行加热，当氯化罐内温度达到1000度时，开启真空系统，控制真空度在-0.057MPa之间，并开始通入氯气: 氯化氢=1:1的混合气体, 开启气体除尘装置，在1200℃的温度下氯化1小时；再将氯化好的物料放入至流化冷却罐中，用鼓风机送入经多级净化的洁净的新鲜空气对其流化冷却至室温后，包装，即可得纯度不低于99.98%超纯石英砂。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用脉石英生产超纯石英砂的方法，A.先将天然脉石英矿石用自来水进行人工精选去杂、精洗，选用二氧化硅含量大于99.80%；铝含量小于0.0050%；灼烧失量小于0.15% 的洁白无可见杂质的矿石作为原料；此料为精料1；

其特征在于，还包括下述工艺步骤：

B.对精料1进行破碎，选取长度为30-50毫米大小的块料置于酸洗池中，用重量百分浓度为18-25%盐酸液浸没浸泡24小时，放掉酸液，先用自来水冲洗矿石到pH=6.5-7.0，再用去离子水洗至氯离子小于20ppm,沥干，再进行人工精选去杂，此料为精料2；

C.将精料2用铁质轮碾机或铁质制砂机进行湿法制砂、磁选、分级、重力选、精洗、收集30-140目的物料、脱水，即得半成品砂；此半成品砂即为精料3；而通过140目筛网下的砂浆，收集到浓密机处理，经浓密机沉淀处理后的清水再循环使用；

D.再把精料3放入水洗装置中，先用自来水清洗至中性，然后用去离子水进行精洗2-3次后脱水干燥；干燥后的物料为精料4；

E.把精料4再放入耐酸耐碱流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，以重量百分浓度为20%的盐酸或硝酸为酸洗液，在微负压和80-100℃的温度下，在流化态的状态下保温提纯2-4小时，脱酸，水洗至中性，再分别用去离子水和电子级纯水洗涤到其洗水的电阻率与电子级纯水的电阻率相同后，脱水干燥；

干燥后的物料为纯度不低于99.99%，杂质Al,Fe,Cu,Ca,Mg,Co,Ni,Mn,K,Na,Li,B,P,Cr 的总含量小于100ppm 的石英砂；此料为精料5；

F.将精料5送入高温氯化装置中的预热罐中预热，在微负压的状态下，通过启动预热罐外层加热电极板进行加热，当预热罐中的温度达到573度时，保温半小时，继续加热，当温度达到600-650度时，将物料放入氯化罐中，并启动氯化罐外层加热电极板进行加热，当氯化罐内温度达到1000度时，开启真空系统，控制真空度在-0.03--0.07MPa之间，并开始通入氯气: 氯化氢=1:1的混合气体, 开启气体除尘装置，在1000-1350℃的温度下氯化0.5-2小时；再将氯化好的物料放入至流化冷却罐中，用鼓风机送入经多级净化的洁净的新鲜空气对其流化冷却至室温后，包装，即可得纯度不低于99.98%超纯石英砂。

2.根据权利要求1所述的利用脉石英生产超纯石英砂的方法，其特征在于，步骤D至步骤E之间还包括如下处理：

①把精料4放入专用的耐酸耐温流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，填装量不超过酸洗罐容积的60-80%，以重量百分浓度为10%的氢氟酸循环酸洗运行2-8小时；

②将精料4用磁场强度为5000-15000高斯的磁选机进行单次/ 级或3 次/ 级磁选，去除铁质；

③把精料4放入石英或石墨或铂金或铂铑合金作内衬的煅烧炉中，用氮气赶尽炉内的空气，在950-1000℃的温度下煅烧1-2小时，再放入循环的冷水池中水淬；然后进行脱水，干燥。

3.根据权利要求1所述的利用脉石英生产超纯石英砂的方法，其特征在于：

步骤B中，对精料1进行破碎，选取长度为30-50毫米大小的块料置于酸洗池中，用重量百分浓度为20%盐酸液浸没浸泡24小时，放掉酸液，先用自来水冲洗矿石到pH=6.5-7.0，再用去离子水洗至氯离子小于20ppm,沥干，再进行人工精选去杂，此料为精料2；

步骤C中，把精料4再放入耐酸耐碱流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，以重量百分浓度为20%的盐酸或硝酸为酸洗液，在微负压和90℃的温度下，在流化态的状态下保温提纯3小时，脱酸，水洗至中性，再分别用去离子水和电子级纯水洗涤到其洗水的电阻率与电子级纯水的电阻率相同后，脱水干燥；

步骤F中，将精料5送入高温氯化装置中的预热罐中预热，在微负压的状态下，通过启动预热罐外层加热电极板进行加热，当预热罐中的温度达到573度时，保温半小时，继续加热，当温度达到,620度时，将物料放入氯化罐中，并启动氯化罐外层加热电极板进行加热，当氯化罐内温度达到1000度时，开启真空系统，控制真空度在-0.05MPa之间，并开始通入氯气: 氯化氢=1:1的混合气体, 开启气体除尘装置，在1200℃的温度下氯化1小时；再将氯化好的物料放入至流化冷却罐中，用鼓风机送入经多级净化的洁净的新鲜空气对其流化冷却至室温后，包装，即可得纯度不低于99.98%超纯石英砂。

4.根据权利要求2所述的利用脉石英生产超纯石英砂的方法，其特征在于：

①把精料4放入专用的耐酸耐温流化态提纯酸洗装置中的酸洗罐中，填装量不超过酸洗罐容积的70%，以重量百分浓度为10%的氢氟酸循环酸洗运行6小时；

②将精料4用磁场强度为10000高斯的磁选机进行单次/ 级或3 次/ 级磁选，去除铁质；

③把精料4放入石英或石墨或铂金或铂铑合金作内衬的煅烧炉中，用氮气赶尽炉内的空气，在980℃的温度下煅烧1.5小时，再放入循环的冷水池中水淬；然后进行脱水，干燥。