CN107626437B - 一种超低金属含量的高纯石英砂制备方法 - Google Patents

一种超低金属含量的高纯石英砂制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低金属含量的高纯石英砂制备方法,主要包括选料、第一次煅烧、水淬、粉碎、磁选、电选、第二次煅烧、水淬、酸洗、浮选、清洗等工艺,其中第一次煅烧后采用氢氧化钠溶液进行水淬,第二次煅烧过程中混入氢氧化钠固体,酸洗选用含有2,2’‑联吡啶的甲酸溶液作为酸洗液,并且对浮选工艺在捕收剂等方面进行了有意义的改进;采用本发明所述的石英砂提纯工艺,可以SiO2含量≤98%的普通石英砂为原料得到SiO2含量≥99.97%、杂质金属总量≤30ppm的超低金属含量的高纯石英砂,而且节约了成本、工艺更加环保。

Description

一种超低金属含量的高纯石英砂制备方法
技术领域
本发明涉及无机材料加工领域,特别涉及一种超低金属含量的高纯石英砂制备方法。
背景技术
石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性质稳定的硅酸盐矿物,主要化学成分是SiO2。石英砂所具有的独特的物理、化学性质,使得其不仅在铸造、冶金、橡胶、磨料、陶瓷、建筑等传统行业中有着广泛的应用,而且在航空航天、IT、通讯、太阳能电池等高新技术领域中发挥着不可替代的作用。对应用于尖端科技的石英砂制品而言,不仅要求其二氧化硅含量达到一定标准,而且对铁、铝等杂质金属有着严格的控制。
由于石英在成岩成矿时,伴生多种杂质矿物,如长石、云母、黏土矿等,杂质矿物中铁、铝等金属元素严重影响了石英砂的品质。为除去杂质矿物及金属,传统的石英砂生产中通常采用磁选、电选、酸洗、浮选等工艺。其中酸洗工艺复杂、成本较高,而且对环境污染严重;电选或者磁选对长石、岩屑、黄铁矿、辉石等密度和电性质与石英相近、同时磁性很弱的杂质矿物分离效果不佳;浮选的依据是杂质矿石与石英砂表面物理化学性质的差异会导致其在浮选药剂中具有不同的可浮性,从而去除杂质矿石,目前主要有氟浮选和无氟浮选两种方法,氟浮选效果好但是污染严重,尤其是氟离子在环境中难以自然降解。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处,本发明通过改进浮选、酸洗等工艺,在不增加成本的基础上利用普通石英砂制备获得超低金属含量的高纯石英砂。
为了实现上述目的,本发明的高纯石英砂制备方法包括以下步骤:
(1)选料:选用SiO2含量≤98%,粒度范围在80~100目的普通石英砂,去除其中明显的杂质和异物;
(2)第一次煅烧-水淬-粉碎:将石英砂置于500~1300℃高温下煅烧4~5小时,将石英砂倾倒入0~4℃的氢氧化钠溶液中,搅拌并施加超声10~15分钟,选用湿磨方式将石英砂粉碎至200~220目,用去离子水冲洗并干燥;
(3)磁选-电选:设置磁选机在50~15000GS的磁场强度下对石英砂进行磁选,以除去磁性杂质;采用电压为25~35千伏静电分选机,以除去非磁性杂质;
(4)第二次煅烧-水淬:将石英砂用去离子水清洗,并干燥,在石英砂中混入200g/t氢氧化钠,混合均匀后在800~1000℃下煅烧3~4小时,接着用0~4℃去离子水淋洗石英砂3~5分钟;
(5)酸洗:将石英砂浸泡在含有1.8mol/L 2,2’-联吡啶的质量分数为30wt%甲酸溶液中,在50~60℃下施加超声并搅拌4~5小时,过滤分离得到石英砂,用去离子水冲洗石英砂三遍,将石英砂干燥后冷却至室温;
(6)浮选:将石英砂置于质量分数为40wt%的甲酸溶液中制成矿浆,调节矿浆pH为2~4,加搅拌并超声5分钟;向矿浆中加入60g/t的4-十二烷基苯胺或者2-甲基-4-十二烷基苯胺,在30~35℃下搅拌25~30分钟;向矿浆中加入250g/t由十二烷基丙基醚胺和月桂酰胺组成的捕收剂,搅拌5分钟;向矿浆中注入30~35℃的等体积去离子水,并按照90g/t的用量向矿浆中加入起泡剂十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐,搅拌并超声15分钟;
(7)清洗:用离子水冲洗矿浆进行清洗,将石英砂过滤并干燥后即得到目标产品。
优选的是,所述步骤(2)中的煅烧采用程序升温,从室温起每分钟升温8~10℃到500℃,从500℃起每分钟升温3~5℃,煅烧温度在750℃维持30分钟,在900℃维持30分钟,在1300℃维持30分钟。
优选的是,所述步骤(2)中的氢氧化钠溶液的浓度为0.4~0.6mol/L。
优选的是,所述步骤(4)中的煅烧采用程序升温,从室温起每分钟升温8~10℃到800℃,从800℃起每分钟升温2~4℃,在1000℃维持2~3小时。
优选的是,所述步骤(6)中十二烷基丙基醚胺和月桂酰胺的添加质量比为1∶4~5。
优选的是,所述步骤(2)、步骤(4)、步骤(5)和步骤(7)中的干燥为将石英砂置于200~300℃下烘干2~3小时。
优选的是,所述氢氧化钠溶液和甲酸溶液均采用去离子水配制。
本发明的有益效果是:(1)第一次煅烧石英砂后采用氢氧化钠溶液进行水淬,低浓度氢氧化钠水溶液与高温石英砂接触并与石英砂表面二氧化硅发生化学反应,破坏石英砂表面二氧化硅分子结构,配合石英砂水淬所产生的内部应力,使石英砂更容易开裂,粉碎时较容易;(2)第二次煅烧时在石英砂中直接混入氢氧化钠固体,利用氢氧化钠在高温熔融条件下与二氧化硅的反应生成可溶性的硅酸钠,能够代替污染严重的氢氟酸将石英砂的杂质包裹体打开,使杂质能够在无氟酸洗中被除去;(3)酸洗采用有机强酸甲酸,同时配合金属离子螯合剂2,2’-联吡啶,该酸洗效果与现有技术中所采用的氢氟酸、硝酸、硫酸或者盐酸混和酸洗效果相当,但是更加廉价环保;(4)浮选中,所加入的4-十二烷基苯胺或者2-甲基-4-十二烷基苯胺对石英砂表面有一定的改性作用,使捕收剂能够对长石、云母等含氧化铝的杂质矿物除杂效果显著提高,同时捕收剂十二烷基丙基醚胺和月桂酰胺对长石具有很好的浮选效果,去除杂质更加彻底,能够得到超低金属含量的高纯度石英砂。
具体实施方式
下面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。
本发明以SiO2含量≤98%,粒度范围在80~100目的普通石英砂为原料制备得到纯度≥99.97%,杂质金属总量不超过30ppm的高纯石英砂,通过改进煅烧、酸洗以及浮选等工序,节约了成本而且有效降低了石英砂的杂质金属含量,保证了高纯石英砂的品质。
实施例1:
(1)粗选:选用SiO2含量≤98%,粒度范围在80~100目的普通石英砂,去除其中明显的杂质和异物;
(2)第一次煅烧-水淬-粉碎:从室温起每分钟升温8℃到500℃,从500℃起每分钟升温3℃,煅烧温度在750℃维持30分钟,在900℃维持30分钟,在1300℃维持30分钟;将石英砂倾倒入0℃的0.5mol/L氢氧化钠溶液中,搅拌并施加超声15分钟,选用湿磨方式将石英砂粉碎至200~220目,用去离子水冲洗并干燥;
(3)磁选-电选:设置磁选机在50~15000GS的磁场强度下对石英砂进行磁选,以除去磁性杂质;采用电压为25~35千伏静电分选机,以除去非磁性杂质;
(4)第二次煅烧-水淬:将石英砂用去离子水清洗,并在300℃下烘干2小时,在石英砂中混入200g/t氢氧化钠,从室温起每分钟升温8℃到800℃,从800℃起每分钟升温2℃,在1000℃维持2小时,接着用0℃去离子水淋洗石英砂5分钟;
(5)酸洗:将石英砂浸泡在含有1.8mol/L 2,2’-联吡啶的质量分数为30wt%甲酸溶液中,在60℃下施加超声并搅拌4小时,过滤分离得到石英砂,用去离子水冲洗石英砂三遍,将石英砂在300℃下烘干2小时后冷却至室温;
(6)浮选:将石英砂置于质量分数为40wt%的甲酸溶液中制成矿浆,调节矿浆pH为4,加搅拌并超声5分钟;向矿浆中加入60g/t的4-十二烷基苯胺,在35℃下搅拌30分钟;向矿浆中加入50g/t十二烷基丙基醚胺和200g/t月桂酰胺作为捕收剂,搅拌5分钟;向矿浆中注入35℃的等体积去离子水,并按照90g/t的用量向矿浆中加入起泡剂十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐,搅拌并超声15分钟;
(7)清洗:用离子水冲洗矿浆进行清洗,将石英砂过滤并在300℃下烘干2小时后冷却至室温,即得到目标产品。
本实施例所得到的高纯石英砂中二氧化硅含量≥99.97%,三氧化二铁含量≤10ppm,铝、钛、钾、钠、钙、锂等杂质金属含量≤20ppm。
实施例2:
(1)粗选:选用SiO2含量≤98%,粒度范围在80~100目的普通石英砂,去除其中明显的杂质和异物;
(2)第一次煅烧-水淬-粉碎:从室温起每分钟升温10℃到500℃,从500℃起每分钟升温5℃,煅烧温度在750℃维持30分钟,在900℃维持30分钟,在1300℃维持30分钟;将石英砂倾倒入0℃的0.6mol/L氢氧化钠溶液中,搅拌并施加超声15分钟,选用湿磨方式将石英砂粉碎至200~220目,用去离子水冲洗并干燥;
(3)磁选-电选:设置磁选机在50~15000GS的磁场强度下对石英砂进行磁选,以除去磁性杂质;采用电压为25~35千伏静电分选机,以除去非磁性杂质;
(4)第二次煅烧-水淬:将石英砂用去离子水清洗,并在200℃下烘干3小时,在石英砂中混入200g/t氢氧化钠,从室温起每分钟升温10℃到800℃,从800℃起每分钟升温4℃,在1000℃维持3小时,接着用0℃去离子水淋洗石英砂5分钟;
(5)酸洗:将石英砂浸泡在含有1.8mol/L 2,2’-联吡啶的质量分数为30wt%甲酸溶液中,在50℃下施加超声并搅拌5小时,过滤分离得到石英砂,用去离子水冲洗石英砂三遍,将石英砂在200℃下烘干3小时后冷却至室温;
(6)浮选:将石英砂置于质量分数为40wt%的甲酸溶液中制成矿浆,调节矿浆pH为2,加搅拌并超声5分钟;向矿浆中加入60g/t的4-十二烷基苯胺,在35℃下搅拌30分钟;向矿浆中加入42g/t十二烷基丙基醚胺和208g/t月桂酰胺作为捕收剂,搅拌5分钟;向矿浆中注入35℃的等体积去离子水,并按照90g/t的用量向矿浆中加入起泡剂十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐,搅拌并超声15分钟;
(7)清洗:用离子水冲洗矿浆进行清洗,将石英砂过滤并在200℃下烘干3小时后冷却至室温,即得到目标产品。
本实施例所得到的高纯石英砂中二氧化硅含量≥99.98%,三氧化二铁含量≤8ppm,铝、钛、钾、钠、钙、锂等杂质金属含量≤12ppm。
对比例1:
采用实施例1的工艺步骤及参数,除了将步骤(2)中第一次煅烧后的石英砂倾倒入0℃的去离子水中,搅拌并施加超声15分钟,在相同条件下将石英砂粉碎至200~220目时粉碎机工作时间相比于实施例1中的工作时间长50~60分钟,最终得到高纯石英砂中二氧化硅含量≥99.96%,三氧化二铁含量≤15ppm,铝、钛、钾、钠、钙、锂等杂质金属含量≤25ppm。
对比例2:
在第二次煅烧过程中不加入200g/t的氢氧化钠,其余工艺步骤及参数与实施例1相同,最终得到石英砂中二氧化硅含量≤99.60%,三氧化二铁含量≥80ppm,铝、钛、钾、钠、钙、锂等杂质金属含量≥320ppm。
对比例3:
在酸洗过程中采用含有1.8mol/L草酸的2.5wt%的氢氟酸、2.5wt%的硝酸、25%的盐酸作为酸洗溶液,代替含有1.8mol/L 2,2’-联吡啶的30wt%甲酸溶液,其中草酸作为常用的金属离子螯合剂代替2,2’-联吡啶,其余工艺步骤及参数与实施例1相同,最终得到石英砂中二氧化硅含量≤99.90%,三氧化二铁含量≥40ppm,铝、钛、钾、钠、钙、锂等杂质金属含量≥60ppm。
对比例4:
在浮选过程中,将石英砂置于质量分数为25wt%的硫酸溶液中制成矿浆,将矿浆调至pH为4,其余工艺步骤及参数与实施例1相同。
对比例5:
在浮选过程中,不加入4-十二烷基苯胺或者2-甲基-4-十二烷基苯胺对石英砂表面进行改性,其余工艺步骤及参数与实施例1相同,
对比例6:
在浮选过程中,添加30g/t十二烷基丙基醚胺和220g/t月桂酰胺作为捕收剂,其余工艺步骤及参数与实施例1相同。
对比例7:
在浮选过程中,添加70g/t十二烷基丙基醚胺和180g/t月桂酰胺作为捕收剂,其余工艺步骤及参数与实施例1相同。
表一为通过上述实施例1、2以及对比例1~6的工艺所制备的高纯石英砂的二氧化硅以及杂质金属含量。由结果可得,对煅烧、酸洗工艺的改进使石英砂的纯度得到显著提高,而且节约了成本并且更加环保;对浮选工艺而言,通过甲酸溶液、改进剂4-十二烷基苯胺或者2-甲基-4-十二烷基苯胺和特定捕收剂的共同作用使得浮选效果得到提高。
表一
目标产品 二氧化硅含量 三氧化二铁含量(ppm) 杂质金属含量(ppm)
实施例1 ≥99.97% ≤10 ≤20
实施例2 ≥99.98% ≤8 ≤12
对比例1 ≥99.96% ≤15 ≤25
对比例2 ≤99.60% ≥80 ≥320
对比例3 ≤99.90% ≥40 ≥60
对比例4 ≤99.85% ≥60 ≥90
对比例5 ≤99.80% ≥80 ≥120
对比例6 ≤99.91% ≥35 ≥55
对比例7 ≤99.93% ≥25 ≥45
注:表格中所述杂质金属包括铝、钛、钾、钠、钙、锂等。
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和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种超低金属含量的高纯石英砂制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)选料:选用SiO2含量≤98%,粒度范围在80~100目的普通石英砂,去除其中明显的杂质和异物;
(2)第一次煅烧-水淬-粉碎:将石英砂置于500~1300℃高温下煅烧4~6小时,将石英砂倾倒入0~4℃的氢氧化钠溶液中,搅拌并施加超声10~15分钟,选用湿磨方式将石英砂粉碎至200~220目,用去离子水冲洗并干燥;
(3)磁选-电选:设置磁选机在50~15000GS的磁场强度下对石英砂进行磁选,以除去磁性杂质;采用电压为25~35千伏静电分选机,以除去非磁性杂质;
(4)第二次煅烧-水淬:将石英砂用去离子水清洗,干燥,在石英砂中混入200g/t氢氧化钠,混合均匀后在800~1000℃下煅烧3~4小时,接着用0~4℃去离子水淋洗石英砂3~5分钟;
(5)酸洗:将石英砂浸泡在含有0.8mol/L2,2’-联吡啶的质量分数为30wt%甲酸溶液中,在50~60℃下施加超声并搅拌4~5小时,过滤分离得到石英砂,用去离子水冲洗石英砂三遍,将石英砂干燥后冷却至室温;
(6)浮选:将石英砂置于质量分数为40wt%的甲酸溶液中制成矿浆,调节矿浆pH为2~4,加搅拌并超声5分钟;向矿浆中加入60g/t的4-十二烷基苯胺或者2-甲基-4-十二烷基苯胺,在30~35℃下搅拌25~30分钟;向矿浆中加入250g/t由十二烷基丙基醚胺和月桂酰胺组成的捕收剂,搅拌5分钟;向矿浆中注入30~35℃的等体积去离子水,并按照90g/t的用量向矿浆中加入起泡剂十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐,搅拌并超声15分钟;
(7)清洗:用离子水冲洗矿浆进行清洗,将石英砂过滤并干燥后即得到目标产品。
2.根据权利要求1所述的高纯石英砂制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中的煅烧采用程序升温,从室温起每分钟升温8~10℃到500℃,从500℃起每分钟升温3~5℃,煅烧温度在750℃维持30分钟,在900℃维持30分钟,在1300℃维持30分钟。
3.根据权利要求1所述的高纯石英砂制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中的氢氧化钠溶液的浓度为0.4~0.6mol/L。
4.根据权利要求1所述的高纯石英砂制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中的煅烧采用程序升温,从室温起每分钟升温8~10℃到800℃,从800℃起每分钟升温2℃,在1000℃维持2小时,从800℃起每分钟升温4℃,在1000℃维持3小时。
5.根据权利要求1所述的高纯石英砂制备方法,其特征在于,所述步骤(6)中十二烷基丙基醚胺和月桂酰胺的添加质量比为1∶4~5。
6.根据权利要求1所述的高纯石英砂制备方法,其特征在于,所述步骤(2)、步骤(4)、步骤(5)和步骤(7)中的干燥为将石英砂置于200~300℃下烘干2~3小时。
7.根据权利要求1所述的高纯石英砂制备方法,其特征在于,所述氢氧化钠溶液和甲酸溶液均采用去离子水配制。
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