CN104556046B

CN104556046B - 一种以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺

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Publication number: CN104556046B
Application number: CN201410811185.4A
Authority: CN
Inventors: 王应三; 管俊芳; 李欣晓玉; 王泽龙
Original assignee: Jiangsu Zelong Quartz Co Ltd
Current assignee: Xinyi eternal fused silica Co., Ltd.
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: CN104556046A

Abstract

本案公开了一种以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，包括以下工序：1)粉碎；2)煅烧；3)水淬；4)研磨；5)磁选；6)静电选；7)酸洗；8)去离子水清洗；9)烘干；其中，在粉碎的同时，加入磨料进行擦洗脱泥，所述磨料包括：碳化硼、碳化硅和刚玉；烘干所用热量来自煅烧炉中的余热，在煅烧炉的外壁设置一个集热舱，通过设置若干个鼓风机和绝热管道，将热量导入至工序9)中用于烘干，所述绝热管道内壁设置有一层聚酰亚胺薄膜。本案通过对传统工艺进行改进，优化工艺配方，整合工序结构，并充分利用设备余热，提出了一种绿色环保的新工艺，在保证二氧化硅高纯度的同时，极大地降低了生产能耗，节约了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺

技术领域

本发明涉及天然矿物提纯工艺，尤其是涉及高纯度二氧化硅的提纯工艺，特别是涉及一种以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺。

背景技术

高纯度二氧化硅具有优异的物理化学特性，硬度高、耐高温、耐腐蚀、导电率低、透波性能好、性能稳定。特别是其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律，使其具有的热膨胀系数小、高度绝缘、压电效应、谐振效应以及其独特的光学特性，在许多高科技领域如新型电光源、微电子、高绝缘的封接、航空航天、国防军工等领域得到越来越广泛的应用。

随着光纤工业、电子工业、微电子工业等高新技术产业迅速发展，对高纯超细二氧化硅的要求越来越高，需求量也越来越大。目前石英微粉的制作原料多为优质天然石英矿料，其工艺流程为：原料→粗碎→中碎→酸洗→水洗→干燥→干法超细粉碎→分级→产品。但是全国各地的石英原矿品位不一，杂质含量差别很大，采用传统工艺制得的高纯超细石英粉的纯度不易保证。同时，石英产品的加工也是出名的能源消耗大户，在传统工艺中需要大量的电能和热能，这需要消耗大量的煤炭和天然气；同时，在传统干法粉碎的工艺中，细小的粉尘会给操作人员带来不可恢复的生理损伤。如何开发绿色环保的提纯工艺，如何降低生产工艺中的能耗、粉尘及能量回收再利用等问题，成为了当下企业研究的热点和难点。

发明内容

针对上述不足之处，本发明的目的在于提供一种节能环保的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺。

本发明的技术方案概述如下：

一种以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，包括以下工序：1)粉碎；2)煅烧；3)水淬；4)研磨；5)磁选；6)静电选；7)酸洗；8)去离子水清洗；9)烘干；

其中，在工序1)中，在粉碎的同时，加入磨料进行擦洗脱泥，所述磨料包括：20wt％～25wt％的碳化硼、30wt％～40wt％的碳化硅，其余为刚玉；

在工序3)中，水淬所用的液体是包含0.5～1.5wt％氯化钾和0.2～0.4wt％硝酸铁的水溶液；在水淬时，在水淬所用的液体中设置有超声仪，所述超声仪的超声频率为150～200Hz；

工序9)中，烘干所用热量来自工序2)中煅烧炉中的余热，在煅烧炉的外壁设置一个集热舱，通过设置若干个鼓风机和绝热管道，将热量导入至工序9)中用于烘干，所述绝热管道内壁设置有一层聚酰亚胺薄膜。

优选的是，所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，工序7)中，酸洗所用洗液是包含0.5～1.5wt％硝酸、0.5～1.5wt％盐酸、2.5～3.5wt％磷酸、2～3wt％酒石酸、4～5wt％柠檬酸、0.5～1.5wt％苯磺酸、0.5～1.5wt％醋酸和1～2wt％的硫酸的水溶液。

优选的是，所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，工序1)中，将所述石英砂粉碎至粒径为0.5～2mm。

优选的是，所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，工序2)中，煅烧温度为800～840℃。

优选的是，所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，工序4)中，研磨采用湿法球磨，研磨直至颗粒粒径为1800目。

优选的是，所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，工序5)中，磁选采用磁场强度为500～15000高斯的磁选设备。

优选的是，所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，工序6)中，静电选采用电压为15～20千伏的静电选设备。

本发明的有益效果是：1)将粗碎和擦洗脱泥整合在一个工序中，通过添加复配的磨料，使得在粗碎的同时将石英砂表面的薄膜铁和泥性杂质去除干净，既提高了生产效率，又降低了能耗；2)在水淬时，为了使煅烧后的矿物得到更加疏松的结构，在水淬液中加入了少量的离子型助剂，并使用超声震荡以保证矿物结构的疏松特性；3)将煅烧时产生的余热进行收集，并将该热量用于最后的干燥，既降低了能耗，又减少了企业的生产成本；4)通过改进酸洗洗液，降低了传统高浓度酸液对设备的腐蚀，同时，复配的洗液也能够除去更多的金属杂质，进一步提高了产品的纯度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本案提出一种以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，包括以下工序：1)粉碎；2)煅烧；3)水淬；4)研磨；5)磁选；6)静电选；7)酸洗；8)去离子水清洗；9)烘干；

其中，在工序1)中，在粉碎的同时，加入磨料进行擦洗脱泥，用于将石英砂表面的薄膜铁和泥性杂质去除干净。磨料优选包括：20wt％～25wt％的碳化硼、30wt％～40wt％的碳化硅，其余为刚玉；磨料的配比应被限定，该配比时针对天然石英砂中薄膜铁和泥性杂质的平均占比来设定的，若超出上述的配比范围，将导致天然石英砂中薄膜铁和泥性杂质的一个无法被完全去除干净。

在工序3)中，水淬所用的液体是包含0.5～1.5wt％氯化钾和0.2～0.4wt％硝酸铁的水溶液；在水淬时，在水淬所用的液体中设置有超声仪，超声仪的超声频率为150～200Hz；水淬的作用是将煅烧后的矿物经急冷后，获得疏松的结构，以利于后续的研磨，可显著降低能耗，并提高研磨效率。水淬所用的液体中添加的离子型化合物可减缓煅烧后矿物在急冷时的凝聚速率，从而提高矿物的孔隙率和疏松结构，同时增加的超声波可与离子型化合物协同改善矿物的疏松结构，因此，水淬所用的液体中氯化钾和硝酸铁的含量应被限制，若它们含量偏低，则导致矿物的孔隙率降低20％；若含量偏高，则会抑制矿物孔隙的生长。同样，为了与水淬所用的液体相匹配，超声波的频率范围也应被限制。而吸附在矿物上的铁和钾将在后续的磁选和静电选工序中被除去。

工序9)中，烘干所用热量来自工序2)中煅烧炉中的余热，在煅烧炉的外壁设置一个集热舱，通过设置若干个鼓风机和绝热管道，将集热舱内收集到的热量导入至工序9)中用于烘干，绝热管道内壁设置有一层用于绝热保温的聚酰亚胺薄膜。

工序7)中，酸洗所用洗液是包含0.5～1.5wt％硝酸、0.5～1.5wt％盐酸、2.5～3.5wt％磷酸、2～3wt％酒石酸、4～5wt％柠檬酸、0.5～1.5wt％苯磺酸、0.5～1.5wt％醋酸和1～2wt％的硫酸的水溶液。它可去除矿物中铁、钠、铅、钙、铝、镁等杂质，该洗液的酸度比传统的洗液酸度要低，它对设备的腐蚀性小，同时不影响该洗液的酸洗能力。由于复配的洗液含有多种类型的酸，它可以除去更多种类的金属及碱性杂质，从而进一步提高了产品的纯度，因此，该洗液配方的配比范围应被限制，若超出此范围，将导致洗液酸度上升侵蚀生产设备，或导致洗液酸度下降，影响产品的纯度。

工序1)中，将石英砂优选粉碎至粒径为0.5～2mm。工序2)中，由于在其他工序中进行了改性，因此煅烧温度可低于传统的900～1100℃的煅烧温度，优选为800～840℃，降低了能耗。工序4)中，为防止细小粉尘对人体的伤害，研磨采用湿法球磨，研磨直至颗粒粒径为1800目。工序5)中，磁选采用磁场强度为500～15000高斯的磁选设备，高低两种磁场可有效去除矿土中铁、钛铁类强磁性和弱磁性杂质。工序6)中，静电选采用电压为15～20千伏的静电选设备，虽然该电压低于传统工艺中的电压，但却依然可以除去矿土中的非磁性矿，如：钾、钠长石、铝、云母等杂质。

采用上述工艺制得的二氧化硅的纯度≥99.9％。

实施例1

其中，在工序1)中，在粉碎的同时，加入磨料进行擦洗脱泥，磨料包括：20wt％的碳化硼、30wt％的碳化硅和50wt％的刚玉；

在工序3)中，水淬所用的液体是包含0.5wt％氯化钾和0.2wt％硝酸铁的水溶液；在水淬时，在水淬所用的液体中设置有超声仪，超声仪的超声频率为150Hz；

工序9)中，烘干所用热量来自工序2)中煅烧炉中的余热，在煅烧炉的外壁设置一个集热舱，通过设置若干个鼓风机和绝热管道，将热量导入至工序9)中用于烘干，绝热管道内壁设置有一层聚酰亚胺薄膜。

工序7)中，酸洗所用洗液是包含0.5wt％硝酸、0.5wt％盐酸、2.5wt％磷酸、2wt％酒石酸、4wt％柠檬酸、0.5wt％苯磺酸、0.5wt％醋酸和1wt％的硫酸的水溶液。

工序1)中，将石英砂粉碎至粒径为0.5～2mm。工序2)中，煅烧温度为800℃。工序4)中，研磨采用湿法球磨，研磨直至颗粒粒径为1800目。工序5)中，磁选采用磁场强度为500～15000高斯的磁选设备。工序6)中，静电选采用电压为15千伏的静电选设备。

实施例2

其中，在工序1)中，在粉碎的同时，加入磨料进行擦洗脱泥，磨料优选包括：25wt％的碳化硼、40wt％的碳化硅和35wt％的刚玉。

在工序3)中，水淬所用的液体是包含1.5wt％氯化钾和0.4wt％硝酸铁的水溶液；在水淬时，在水淬所用的液体中设置有超声仪，超声仪的超声频率为200Hz。

工序7)中，酸洗所用洗液是包含1.5wt％硝酸、1.5wt％盐酸、3.5wt％磷酸、3wt％酒石酸、5wt％柠檬酸、1.5wt％苯磺酸、1.5wt％醋酸和2wt％的硫酸的水溶液。

工序1)中，将石英砂优选粉碎至粒径为0.5～2mm。工序2)中，煅烧温度为840℃。工序4)中，研磨采用湿法球磨，研磨直至颗粒粒径为1800目。工序5)中，磁选采用磁场强度为500～15000高斯的磁选设备。工序6)中，静电选采用电压为20千伏的静电选设备。

下表是采用实施例1和2的工艺得到的二氧化硅的纯度分析(wt％)：

	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO	K	Na	TiO₂	WO₃	SnO₂	MnO
												实施例1	99.94	0.005	0.01	0.01	0.002	0.008	0.009	0.005	0.003	0.006	0.002
实施例2	99.96	0.004	0.008	0.01	0.001	0.004	0.004	0.003	0.002	0.003	0.001

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims

1.一种以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，其特征在于，包括以下工序：1)粉碎；2)煅烧；3)水淬；4)研磨；5)磁选；6)静电选；7)酸洗；8)去离子水清洗；9)烘干；

工序9)中，烘干所用热量来自工序2)中煅烧炉中的余热，在煅烧炉的外壁设置一个集热舱，通过设置若干个鼓风机和绝热管道，将热量导入至工序9)中用于烘干，所述绝热管道内壁设置有一层聚酰亚胺薄膜；

工序7)中，酸洗所用洗液是包含0.5～1.5wt％硝酸、0.5～1.5wt％盐酸、2.5～3.5wt％磷酸、2～3wt％酒石酸、4～5wt％柠檬酸、0.5～1.5wt％苯磺酸、0.5～1.5wt％醋酸和1～2wt％的硫酸的水溶液。

2.根据权利要求1所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，其特征在于，工序1)中，将所述石英砂粉碎至粒径为0.5～2mm。

3.根据权利要求1所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，其特征在于，工序2)中，煅烧温度为800～840℃。

4.根据权利要求1所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，其特征在于，工序4)中，研磨采用湿法球磨，研磨直至颗粒粒径为1800目。

5.根据权利要求1所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，其特征在于，工序5)中，磁选采用磁场强度为500～15000高斯的磁选设备。

6.根据权利要求1所述的以石英砂制备高纯度二氧化硅的生产工艺，其特征在于，工序6)中，静电选采用电压为15～20千伏的静电选设备。