CN106186667A - 一种去除高纯石英砂杂质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种去除高纯石英砂杂质的方法。将石英砂与硝酸铵混合后，于200‑400℃下热处理，再进行后续纯化。其中硝酸铵与石英砂混合方式包括：1)将石英砂浸泡于硝酸铵溶液后取出干燥；2)将石英砂与硝酸铵粉末混匀。该方法操作简单、成本低、对环境基本无污染，但能有效提高产品纯度、减少气液包裹体数量。打破了现有工艺技术对矿石质量的高度依赖性。处理后的石英砂的纯度可达99.999％以上，其中13种杂质的含量可控制在15ppmw以下。

Description

一种去除高纯石英砂杂质的方法

技术领域

本发明涉及高纯石英砂的制备领域，具体涉及一种去除高纯石英砂杂质的方法。

技术背景

随着现代科技的发展，石英玻璃的需求量不断增加，而其原料矿—天然水晶资源已近枯竭，不能满足现代高科技发展的需求，促使人们探索能替代水晶的石英玻璃原料矿种。但这些天然矿种在生产高纯石英砂时由于石英成矿过程中共生的矿物以及包裹体的流体杂质，严重影响着终端产品—石英玻璃的高温稳定性、机械强度及光学性能等，作为高档石英玻璃原料的高纯石英砂只能选择酸洗后杂质较少、气液包裹体含量较低的矿石用于生产。因此，酸洗后13种杂质元素含量能够进一步显著降低及气液包裹体的去除是实现提纯石英矿石代替水晶制备高端石英玻璃原料的关键与难点。

目前并没有针对除去石英砂微裂隙内杂质的专门工序，去除气液包裹体的方法也存在较多缺陷：如CN 102180584A采用高温水淬的方法清除天然石英中羟基和气液包裹体，但该方法存在能耗高、气液包裹体与石英共同缓慢加热导致相界限间产生的热应力较小，气液包裹体去除率相对较低的缺陷；CN 101337767B采用微波选择性加热的方法使具有高介电常数或损耗系数的气液包裹体或杂质产生微裂纹，再通过后续外加载荷扩展该微裂纹，从而达到破裂气液包裹体、剥离杂质的目的，但该方法只适于内部含有大量高介电常数物质(如水等)的包裹体的去除，倘若气液包裹体内高介电常数物质含量较少，微波则不能达到较好的去除效果，适用范围较窄。

发明内容

根据上述现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种操作简便、可有效去除石英砂裂缝中的杂质和气液包裹体的方法，拟在传统的石英砂生产工艺基础上，先将石英砂与硝酸铵混合热处理，然后进行常规纯化处理如水淬、浮选、酸洗等，得到高纯石英砂，经过该方法处理后的石英砂的纯度可达99.998％，其中13种杂质的含量可有效的控制在15ppmw以下。

本发明的技术方案提供了一种去除高纯石英砂杂质的方法，该方法将石英砂与硝酸铵混合后于200-400℃下热处理，再进行后续纯化。

在本发明提供的一些技术方案中，石英砂的粒度为50-180目。

根据上述技术方案提供的方法，后续纯化为常规纯化石英砂工艺流程中采用的方法：浮选、磁选、电选、水淬、酸洗、氯化中的一种或几种的组合。

在高纯石英砂纯化工艺中，原材料一般是纯度已经较高的石英砂，在本发明提供的一些技术方案中，石英砂是经过破碎、筛分、磁选、电选等前处理的，其中石英砂的13种标准杂质元素总含量≤200ppm、含水量≤1％。

根据上述技术方案提供的方法，石英砂与硝酸铵混的方式包括：1)将石英砂浸泡于硝酸铵溶液后取出干燥；2)将石英砂与硝酸铵粉末混匀。

在本发明提供的一些技术方案中，方式2)中的后续纯化步骤包括水淬。

在本发明提供的一些技术方案中，硝酸铵溶液中硝酸铵的质量浓度≥66.7％；硝酸铵与石英砂的质量比为0.1-1.7:1。

在本发明提供的一些技术方案中，方式1)中热处理的时间为20s-2min，方式2)中所述热处理的时间为1-10min。

在本发明提供的一些技术方案中，浸泡时间≥1小时。

在本发明提供的一些技术方案中，干燥的温度≤100℃。

本发明所述的干燥，是指借能量使物料中水或溶剂气化，并带走所生成的蒸汽的过程。本发明的一些实施方案所采用的干燥方式为烘干干燥。应当指出，可以达到相同效果的干燥方法还包括但不限于烘干、真空干燥、冷冻干燥、气流干燥、微波干燥、红外线干燥和高频率干燥等。在本发明的一些实施方式中，干燥温度≤100℃。

本发明的一些实施例中所使用的硝酸铵粉末的最大粒度不大于石英砂的平均粒径。

本发明所述的热处理时间从石英砂进入热处理设备的温度场后开始计时。

本发明使用的定义“13种标准杂质元素”是指Al、Fe、Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、Mn、Cr、Cu、Ni、B。

本发明所述的热处理设备包括烘箱、管式炉、马弗炉、连续式炉窑，在本发明的一些实施方式中，采用鼓风烘箱作为热处理设备。

根据上述技术方案提供的方法，在一些实施方式中，同时采用两种混合方式：把经过前处理的石英砂先浸泡干燥后再添加硝酸铵粉末，在200-400℃的环境中加热1-10min后，将该混合物倒入水槽中进行水淬，之后再进行常规的高纯石英砂生产工序。

本发明的实施方式中使用的水均为去离子水。

除非明确地说明与此相反，否则，本发明引用的所有范围包括端值。例如，“加热至200-400℃”表示温度T的范围为200℃≤T≤400℃。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明中进入石英砂微裂隙内的硝酸铵受热分解后瞬时释放的气体所产生的高压可扩大甚至冲开该微裂隙；同时均匀分布在石英砂表面的硝酸铵受热分解时的能量在极短的时间内可快速加热气液包裹体，由于比热容的差异与石英壁形成温差可导致包裹体破裂，从而释放出包裹体中的杂质。再配合浮选或酸浸等工艺使原本存在于微裂隙，常规条件下浮选药剂或酸液难于接触的杂质更容易暴露于药剂或酸液之下。能更全面的去除石英砂微裂隙内的杂质，达到突破现阶段提纯瓶颈、进一步提纯石英砂的目的；

(2)该方法的应用范围广，对石英砂的内部结构等无要求，适用于所有满足上述条件的石英砂中缝隙中杂质和/气液包裹体的去除；

(3)可利用硝酸铵受热分解时的能量加热石英砂，减少能耗；

(4)后续纯化中，可以通过水淬对包裹体进行二次破裂，提高高纯石英砂气液包裹体去除率；

(5)本发明使用的硝酸铵分解后的产物对石英砂以及设备没有腐蚀或其他不良影响，并且对环境基本无污染。

以本发明提供的方法处理后的石英砂的纯度可高达99.998％，其中13种杂质的含量可控制在15ppmw以下。

具体实施方式

以下所述的是本发明的优选实施方式，本发明所保护的不限于以下优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说在此发明创造构思的基础上，做出的若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。实施例中所用的原料均可以通过商业途径获得。

实施例1

取粒径为50-150目经磁选后的石英砂1kg，将其在硝酸铵溶液(每100g水中含硝酸铵200g)中浸没20小时后，取出石英砂沥干溶液后转入鼓风干燥箱，设置干燥温度80℃。干燥至石英砂具有流动性后将其转入400℃的马弗炉内，20s后取出石英砂进行常规浮选、酸浸处理后编号为1#，另取1Kg同种石英砂直接进行上述常规浮选、酸浸处理后编为2#，然后将1#和2#使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行13种标准杂质元素检测，结果见表1。

表1(单位：ppm)

编号	Al	Fe	Li	Na	K	Ca	Mg	Ti	Cu	Ni	Mn	Cr	B
														1#	6.9	0.05	0.3	2.3	1.1	0.1	0.03	0.9	0.02	0.06	0.05	0.05	0.1
2#	8.4	0.19	0.3	4.6	1.4	2.2	0.05	1.2	0.05	0.05	0.05	0.05	0.1

实施例2

取粒径为50-150目经磁选后的石英砂1kg，将其在硝酸铵溶液(每100g水中含硝酸铵400g)中浸没1小时后，取出石英砂沥干溶液后转入鼓风干燥箱，设置干燥温度60℃。干燥至石英砂具有流动性后将其转入200℃的马弗炉内，2min后取出石英砂进行常规浮选、酸浸处理后编号为1#，另取1kg同种石英砂直接进行上述常规浮选、酸浸处理后编号为2#，然后将1#和2#使用ICP-OES对13种标准杂质元素进行检测，结果见表2。

表2(单位：ppm)

编号	Al	Fe	Li	Na	K	Ca	Mg	Ti	Cu	Ni	Mn	Cr	B
														1#	6.5	0.05	0.28	1.5	1.2	0.1	0.03	0.9	0.02	0.05	0.05	0.05	0.08
2#	8.4	0.19	0.3	4.6	1.4	2.2	0.05	1.2	0.05	0.05	0.05	0.05	0.1

从实施例1和2中可以明显的看出，经过硝酸铵处理后再提纯的1#比直接提纯的2#在Al、Fe、Na、K、Ca、Ti的杂质含量上均有明显的降低，达到了进一步提纯的目的。

实施例3

分别取粒径为90～180目经酸洗后的石英砂1kg，编号为1#和2#，将1#掺入平均粒度为100目的硝酸铵粉末100g混合均匀后将其转入400℃的马弗炉内，10min后取出立即倒入25℃的水中进行水淬。将1#和2#熔制加工成石英玻璃样品(a*b*h＝20mm*20mm*10mm)后，按照GB/T 12442-90和GB/T 5949-1986进行测试，测试结果见表3。

表3

实施例4

分别取粒径为90～180目经酸洗后的石英砂1kg，编号为1#和2#，将1#掺入平均粒度为100目的硝酸铵粉末1700g混合均匀后将其转入200℃的马弗炉内，1min后取出立即倒入25℃的水中进行水淬。将1#和2#熔制加工成石英玻璃样品(a*b*h＝20mm*20mm*10mm)后，按照GB/T 12442-90和GB/T 5949-1986进行测试，测试结果见表4。

表4

从实施例3和4中可以看出，经过硝酸铵处理的1#比未经处理的2#在羟基含量、麻点/气泡数上有明显的改善。在同样加工条件下，羟基含量、麻点/气泡数和气液包裹体的数目紧密相关，说明该技术方案对去除石英砂中气液包裹体有一定的效果。

Claims (10)

1.一种去除高纯石英砂杂质的方法，其特征是，将石英砂与硝酸铵混合后，于200-400℃下热处理，再进行后续纯化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述石英砂的13种标准杂质元素总含量≤200ppm、含水量≤1％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述石英砂的粒度为50-180目。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述后续纯化选自浮选、磁选、电选、水淬、酸洗、氯化中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的石英砂与硝酸铵的混合方式包括：1)将石英砂浸泡于硝酸铵溶液后取出干燥；2)将石英砂与硝酸铵粉末混匀。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，当采用方式2)时，后续纯化包括水淬。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，硝酸铵溶液中硝酸铵的质量浓度≥66.7％；方式2)中硝酸铵与石英砂的质量比为0.1-1.7:1。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征是，方式1)热处理的时间为20s-2min，方式2)热处理的时间为1-10min。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征是，浸泡时间≥1小时。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征是，干燥温度≤100℃。