CN108298545A - 利用硫酸和金属氯化物介质除铁提纯石英砂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用硫酸和金属氯化物介质浸取除去铁杂质提纯石英砂的方法：将石英砂与硫酸溶液和金属氯化物溶液混合，加热搅拌下将Fe等杂质浸出；反应完成后固液分离，得到固体和母液，固体洗涤干燥后即可得到石英砂产品。向母液中加入金属氧化物调节pH，过滤后除去铁的沉淀物；将滤液蒸发析出硫酸盐，固液分离后将滤液循环使用。本发明提供的方法能够实现对石英砂中铁杂质的高效去除，铁的一次浸出率最高可以达到85％以上；同时避免了使用盐酸对人体、环境以及设备造成的不利影响，符合节能环保的要求，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及矿物提纯领域，具体涉及石英砂生产技术领域，尤其涉及一种利用硫酸和金属氯化物介质除铁提纯石英砂的方法。
背景技术
石英砂的主要成分是二氧化硅，它是一种重要的工业原料，被广泛用于玻璃、陶瓷、耐火材料等方面。随着科技的发展，光纤通讯、航空航天、太阳能、电子等高科技领域对石英玻璃的需求越来越多，对高纯度石英原料的需求也随之不断增大。天然石英石中含有一些杂质元素，其中铁的存在直接影响到石英砂的使用价值，降低产品的质量。因此，生产过程中除铁工序对石英砂品质的提高是非常重要的。
石英砂除铁的方法分为物理方法和化学方法，化学方法主要是酸浸法和络合法。草酸是络合法中常用的一种有机酸，张雪梅等采用草酸与铁离子进行络合以达到除铁的目的(参见“草酸络合除石英砂中铁的研究”，张雪梅等，硅酸盐通报，2012，31，852-860)。酸浸法又分为单一酸法和混合酸法，研究发现，几种酸的混合物能够在反应过程中产生协同作用，其效果比单一酸的浸取效果要好得多。CN1156689A公开了一种利用盐酸和硝酸的混合酸对石英砂进行浸取除铁的方法。周永恒采用氢氟酸和盐酸等的混合酸浸取的方法除铁，获得了高纯度的石英砂(参见“高纯度石英的酸浸实验研究”周永恒，矿物岩石，2005，25，23-26)。无论是单一酸法还是混合酸法，盐酸是经常用到的一种酸，然而由于盐酸有强挥发性和强腐蚀性，容易给环境造成污染，目前在石英砂领域已经被限制使用。Veglio F.等用草酸和硫酸混合浸取石英砂中的铁，其浸出率为35-45％，而单独用硫酸，同样条件下的浸出率仅为3-9％。(“leahing test in iron removal from quzrtz using oxalic andsulphuric acids”,Veglio F,Passariello B.,Barbaro M.,Plescia P.,MarabiniA.M.Drum.Int.J.Miner.Process.1998,54,183-200)。刘闯等通过碱溶蚀与硫酸浸取相结合的方法处理石英砂，达到除铁的目的(参见“石英砾石碱溶蚀法研制高纯石英砂”，刘闯等，资源调查与环境，2006，27(7)，286-289)。
随着石英砂用量的不断增大以及环保要求的越来越高，现有的石英砂净化除铁工艺存在着诸多不足之处，难以满足工业需求，因此石英砂除铁新工艺的开发是非常有必要的。新的工艺既要能够有较高的铁浸出率，同时也要能够达到环保的要求，还要做到简单易行，降低成本。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用硫酸和金属氯化物介质除铁提纯石英砂的方法，能够实现对石英砂中铁杂质的高效去除，铁的浸出率可以达到85％以上。使用难挥发的硫酸和金属氯化物溶液，提高了铁的浸出率的同时避免了使用盐酸对环境造成污染，损坏设备，经过后续处理同时制备得到了相应的金属硫酸盐，浸出后的母液可以循环使用，有效的降低了成本。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种利用硫酸和金属氯化物介质除铁提纯石英砂的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将石英砂与硫酸溶液和金属氯化物溶液混合，搅拌下进行反应；
(2)将步骤(1)反应后的溶液进行固液分离，将分离出的固体洗涤，干燥后得到除去铁的石英砂产品。
本发明将难挥发的硫酸和金属氯化物溶液混合除去石英砂中的铁，体系中的氢离子能够与硫酸根离子形成HSO4 -复合离子，且提高了氢离子的活度；较相同浓度的盐酸溶液而言，提高了铁的浸出率的同时极大的降低了其挥发性，避免使用高腐蚀性、高挥发性盐酸带来的污染；并且经过后续处理制备得到了相应的金属硫酸盐，母液循环使用，使原料达到了最大利用率，在提高除铁效率、减少污染的同时节省了成本。
本发明也可以直接将石英石与硫酸溶液和金属氯化物溶液混合进行除铁处理，但是出于提高铁杂质的浸出率以及除掉石英石中部分可溶性杂质的目的，需要对石英石进行预处理，以获得初步净化的石英砂，然后再对石英砂进行除铁的操作。
根据本发明，步骤(1)所述石英砂为石英石经过预处理得到，所述预处理为：将石英石进行粉碎、研磨、洗涤和过滤，得到初步净化的石英砂。所述初步净化的石英砂即为步骤(1)所述石英砂。
根据本发明，所述研磨后石英砂的粒度小于20目，例如可以是24目、28目、30目、32目、35目、40目、42目、45目、48目、50目、70目、100目、120目、150目或200目，以及粒度小于20目的其他目数，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(1)所述硫酸的浓度为0.5-10mol/L，例如可以是0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L、8mol/L、9mol/L或10mol/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(1)所述硫酸的浓度优选为1-3mol/L。
根据本发明，步骤(1)所述金属氯化物溶液的浓度为0.1mol/L至饱和，例如可以是0.1mol/L、0.5mol/L、0.8mol/L、1mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L或3mol/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(1)所述金属氯化物溶液的浓度优选为0.5-3mol/L。
金属氯化物溶液的饱和浓度会随着温度的变化而变化，以MgCl2为例，当在30℃时，其饱和浓度为5.0mol/L，当为90℃时，其饱和浓度为5.8mol/L，故不同反应温度下金属氯化物溶液的饱和浓度是不确定的。
出于提高混合溶液中各组分浓度的考虑，本发明可以将金属氯化物直接加入到硫酸溶液中进行混合，使金属氯化物的浓度保持在优选的浓度范围内，有利于提高铁杂质浸出的效率。
根据本发明，步骤(1)所述金属氯化物为氯化镁、氯化锌或氯化镍中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是氯化镁、氯化锌或氯化镍中的任意一种，典型但非限定性的组合为氯化镁和氯化锌，氯化镁和氯化镍，氯化锌和氯化镍，氯化镁、氯化锌和氯化镍。
根据本发明，步骤(1)所述反应的温度为30-90℃，例如可以是30℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或90℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(1)所述反应的温度优选为40-90℃，进一步优选为50-80℃。
在上述优选的温度下铁的浸出率保持在较高的水平，当温度过高时，能耗升高，且溶液的挥发性增加，当温度过低时，反应效率降低。
本发明通过加热使反应完全进行，加热方式选用本领域公知的方法，只要能将反应温度控制在上述范围内即可，对此不作特殊限定。
根据本发明，步骤(1)所述搅拌的速度为100-500r/min，例如可以是100r/min、150r/min、200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min或500r/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中所述搅拌选用本领域常规的手段进行，对此不做特殊限定，例如可以使用搅拌桨进行搅拌；同时，本发明还可以选用类似旋转蒸发仪这种有旋转装置的反应器，只要能使反应完全进行即可。
根据本发明，步骤(1)所述反应的时间为5-360min，例如可以是5min、10min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、150min、200min、250min、300min、320min、350min或360min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(1)所述反应的时间优选为60-120min。
根据本发明，步骤(1)所述石英砂与硫酸溶液的固液比为(0.1-5):1，例如可以是0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.3:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(1)所述石英砂与硫酸溶液的固液比优选为(0.2-1):1。
本发明中所述固液比是指石英砂的质量(g)与硫酸溶液的体积(mL)之比。
本发明中，步骤(1)所述金属氯化物溶液与硫酸溶液的体积比为(0.5-3):1，例如可以是0.5:1、0.8:1、1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.3:1、2.5:1、2.7:1或3:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中步骤(1)所述金属氯化物溶液与硫酸溶液的体积比优选为(1-2):1。
由于石英砂中有一部分铁杂质被二氧化硅包裹，与溶液不接触，因此很难除去，故本发明步骤(2)得到的石英砂产品可进一步利用氢氧化钠溶液加热浸取，溶解掉部分二氧化硅使被包裹的铁杂质露出，再重复进行本发明中除铁的步骤，进而可以制备出更高纯度石英砂。
根据本发明，对步骤(2)所述固液分离后的母液进行后续处理，所述后续处理包括以下操作：
(a)向所述母液中加入金属氧化物调节pH，过滤后得到滤液和铁的沉淀物；
(b)将步骤(a)得到的滤液蒸发至硫酸盐完全析出，固液分离后将滤液返回至步骤(1)中继续使用。
本发明中，步骤(2)所述固液分离后的母液在进行后续处理之前需要返回至步骤(1)循环使用3-5次，从而达到提高溶液的利用率，节省成本的目的。
根据本发明，步骤(a)所述金属氧化物和步骤(1)所述金属氯化物中含有同一种金属元素。
本发明在调节pH的过程中选用步骤(1)中所述金属氯化物相对应的金属氧化物来调节pH，整个过程中不引入其他杂质，不需要额外的除杂步骤，简化了操作步骤。
金属氧化物呈现碱性，加入到溶液中后溶液pH值升高，三价铁离子沉淀pH在3-5左右，因此可以将铁离子转化为沉淀分离出来。
根据本发明，步骤(a)所述调节pH后溶液的pH为3.0-7.0，例如可以是3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5或7.0，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(a)所述调节pH后溶液的pH优选为3.0-5.0。
在上述优选的pH范围内，溶液中的铁离子易生成沉淀析出，当pH值过低时，铁的沉淀物析出较少或不析出，当pH值过高时，一方面浪费更多的金属氧化物，另一方面pH值升高到一定程度，金属氧化物不再溶解，而是以固体形式和铁的沉淀物混合到一起。
根据本发明，步骤(b)所述蒸发为在所述滤液沸点处蒸发。
根据本发明，步骤(b)所述蒸发的时间为10-90min，例如可以是10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min或100min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(b)所述蒸发时产生的水蒸气可作为洗涤用水用于步骤(2)所述固体洗涤中。
作为优选的技术方案，本发明所述利用硫酸和金属氯化物介质除铁提纯石英砂的方法包括以下步骤，但非仅限于此：
(1)将石英砂与1-3mol/L硫酸溶液和0.5-3mol/L金属氯化物溶液混合，在50-80℃下搅拌60-120min；其中，所述石英砂与硫酸溶液的固液比为(0.2-1):1，所述金属氯化物溶液与硫酸溶液体积比为(1-2):1，所述搅拌的速度为100-500r/min；
(2)将步骤(1)反应后的溶液进行固液分离，将分离出的固体洗涤，干燥后得到除去铁的石英砂产品；
(3)向步骤(2)固液分离后得到的母液中加入金属氧化物调节pH为3.0-5.0，过滤后得到滤液和铁的沉淀物；其中，所述金属氧化物和金属氯化物中含有同一种金属元素；
(4)将步骤(a)得到的滤液加热至沸点蒸发10-90min析出硫酸盐，固液分离后将滤液返回至步骤(1)中继续使用。
本发明选用硫酸溶液和金属氯化物溶液混合的方式，对石英砂中的铁杂质进行浸取，较单独使用盐酸而言，提高铁的浸出率的同时解决了盐酸易挥发造成污染的问题，且可以将加入的金属以硫酸盐的形式回收，母液能够循环使用，降低了生产成本，适用于工业化生产，具有良好的应用前景。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的方法能够实现对石英砂中铁杂质的高效去除，铁的浸出率可以达到85％以上。
(2)本发明使用难挥发的硫酸和金属氯化物溶液进行除铁，避免了使用盐酸对人体、环境以及设备造成的不利影响，符合节能环保的要求。
(3)本发明经过后续处理母液可以循环使用，有效减少排放，进而降低了生产成本，同时生产工艺简单易行，适用于工业化生产。
附图说明
图1为本发明一种实施方式提供的利用硫酸和金属氯化物介质除铁提纯石英砂的方法的工艺流程图。
图2为50℃时HCl溶液和MgCl2-H2SO4溶液中氢离子的活度随体系中氢离子浓度的变化曲线图，其中，MgCl2和H2SO4的摩尔比为1:1。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，利用硫酸和金属氯化物介质除铁提纯石英砂的工艺为：将石英石粉碎研磨后，用水洗涤，洗涤后进行过滤，得到了初步净化的石英砂；将净化后的石英砂与硫酸溶液和金属氯化物溶液混合，对铁杂质进行浸取；固液分离后对滤渣洗涤得到除杂后的石英砂产品；对得到的母液进一步处理，向其中加入与金属氯化物含有同一种金属元素的金属氧化物调节pH，过滤后得到铁的沉淀物；将滤液进一步蒸发结晶，得到相应的金属硫酸盐，过滤后的滤液可以返回至对铁杂质进行浸取的步骤循环使用。
如图2所示，相同氢离子浓度情况下MgCl2-H2SO4溶液中氢离子的活度大于HCl溶液中的氢离子活度，因此更有利于石英砂中铁的浸出。例如，氢离子浓度为1mol/kg时，盐酸溶液中氢离子活度为0.76mol/kg，而MgCl2-H2SO4溶液中氢离子活度为1.69mol/kg。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
(1)将石英石粉碎、研磨后得到粒度为30目的石英砂，用水洗涤后经过过滤和干燥得到初步净化的石英砂，测定其中Fe2O3含量为0.079％。
(2)称取60g石英砂置于反应釜中，加入1mol/L的硫酸溶液300mL，开启搅拌装置并控制转速为500r/min，控制温度为90℃，然后加入2mol/L的氯化镁溶液150mL，搅拌360min后冷却过滤，得到的石英砂用水洗涤并干燥，测定石英砂中Fe2O3含量为0.017％。
(3)将步骤(2)过滤后得到的母液返回至步骤(2)中循环使用3次后加入氧化镁调节pH值至3.0，过滤除去生成的铁的氢氧化物沉淀，将滤液沸腾蒸发10min，析出硫酸镁，过滤后滤液返回至步骤(2)继续循环使用。
实施例2
(1)将石英石粉碎、研磨后得到粒度为24目的石英砂，用水洗涤后经过过滤和干燥得到初步净化的石英砂，测定其中Fe2O3含量为0.078％。
(2)称取100g石英砂置于反应釜中，加入10mol/L的硫酸溶液20mL，开启搅拌装置并控制转速为100r/min，控制温度为50℃，然后加入4mol/L的氯化镍溶液60mL，搅拌5min后冷却过滤，得到的石英砂用水洗涤并干燥，测定石英砂中Fe2O3含量为0.016％。
(3)将步骤(2)过滤后得到的母液返回至步骤(2)中循环使用5次后加入氧化镍调节pH值至5.0，过滤除去生成的铁的氢氧化物沉淀，将滤液沸腾蒸发90min，析出硫酸镍，过滤后滤液返回至步骤(2)继续循环使用。
实施例3
(1)将石英石粉碎、研磨后得到粒度为40目的石英砂，用水洗涤后经过过滤和干燥得到初步净化的石英砂，测定其中Fe2O3含量为0.089％。
(2)称取50g石英砂置于反应釜中，加入2mol/L的硫酸溶液100mL，开启搅拌装置并控制转速为300r/min，控制温度为60℃，然后加入1.5mol/L的氯化镁溶液150mL，搅拌120min后冷却过滤，得到的石英砂用水洗涤并干燥，测定石英砂中Fe2O3含量为0.013％。
(3)将步骤(2)过滤后得到的母液返回至步骤(2)中循环使用3次后加入氧化镁调节pH值至4.0，过滤除去生成的铁的氢氧化物沉淀，将滤液沸腾蒸发30min，析出硫酸镁，过滤后滤液返回至步骤(2)继续循环使用。
实施例4
(1)将石英石粉碎、研磨后得到粒度为50目的石英砂，用水洗涤后经过过滤和干燥得到初步净化的石英砂，测定其中Fe2O3含量为0.056％。
(2)称取80g石英砂置于反应釜中，加入3mol/L的硫酸溶液80mL，开启搅拌装置并控制转速为400r/min，控制温度为80℃，然后加入1.5mol/L的氯化锌溶液160mL，搅拌60min后冷却过滤，得到的石英砂用水洗涤并干燥，测定石英砂中Fe2O3含量为0.010％。
(3)将步骤(2)过滤后得到的母液返回至步骤(2)中循环使用4次后加入氧化锌调节pH值至7.0，过滤除去生成的铁的氢氧化物沉淀，将滤液沸腾蒸发50min，析出硫酸锌，过滤后滤液返回至步骤(2)继续循环使用。
实施例5
(1)将石英石粉碎、研磨后得到粒度为32目的石英砂，用水洗涤后经过过滤和干燥得到初步净化的石英砂，测定其中Fe2O3含量为0.081％。
(2)称取40g石英砂置于反应釜中，加入0.5mol/L的硫酸溶液400mL，开启搅拌装置并控制转速为300r/min，控制温度为30℃，然后加入0.5mol/L的氯化锌溶液400mL，搅拌120min后冷却过滤，得到的石英砂用水洗涤并干燥，测定石英砂中Fe2O3含量为0.018％。
(3)将步骤(2)过滤后得到的母液返回至步骤(2)中循环使用3次后加入氧化镁调节pH值至4.5，过滤除去生成的铁的氢氧化物沉淀，将滤液沸腾蒸发60min，析出硫酸镁，过滤后滤液返回至步骤(2)继续循环使用。
对比例1
与实施例3相比，去掉加入氯化镁溶液的步骤，即只用硫酸溶液对石英砂进行浸取，其他步骤与实施例3均相同。反应结束后测定石英砂中Fe2O3含量为0.80％。
对比例2
与实施例3相比，去掉加入硫酸溶液的步骤，即只用氯化镁溶液对石英砂进行浸取，其他步骤与实施例3均相同。反应结束后测定石英砂中Fe2O3含量为0.89％，即不能浸取。
对比例3
(1)与实施例3步骤(1)相同。
(2)称取50g石英砂置于反应釜中，加入4mol/L的盐酸溶液100mL，开启搅拌装置并控制转速为300r/min，控制温度为60℃，搅拌5min后冷却过滤，得到的石英砂用水洗涤并干燥，测定石英砂中Fe2O3含量为0.21％。
测试各实施例和对比例中铁的浸出率，结果如表1所示：
表1
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种利用硫酸和金属氯化物介质除铁提纯石英砂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将石英砂与硫酸溶液和金属氯化物溶液混合，搅拌下进行反应；
(2)将步骤(1)反应后的溶液进行固液分离，将分离出的固体洗涤，干燥后得到除去铁的石英砂产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述石英砂为石英石经过预处理得到，所述预处理为：将石英石进行粉碎、研磨、洗涤和过滤，得到初步净化的石英砂；
优选地，所述研磨后石英砂的粒度小于20目。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述硫酸的浓度为0.5-10mol/L，优选为1-3mol/L；
优选地，步骤(1)所述金属氯化物溶液的浓度为0.1mol/L至饱和，优选为0.5-3mol/L。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述金属氯化物为氯化镁、氯化锌或氯化镍中的任意一种或至少两种的组合。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述反应的温度为30-90℃，优选为40-90℃，进一步优选为50-80℃；
优选地，步骤(1)所述搅拌的速度为100-500r/min；
优选地，步骤(1)所述反应的时间为5-360min，优选为60-120min。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述石英砂与硫酸溶液的固液比为(0.1-5):1，优选为(0.2-1):1；
优选地，步骤(1)所述金属氯化物溶液与硫酸溶液的体积比为(0.5-3):1，优选为(1-2):1。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，对步骤(2)所述固液分离后的母液进行后续处理，所述后续处理包括以下操作：
(a)向所述母液中加入金属氧化物调节pH，过滤后得到滤液和铁的沉淀物；
(b)将步骤(a)得到的滤液蒸发析出硫酸盐，固液分离后将滤液返回至步骤(1)中继续使用。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述金属氧化物和步骤(1)所述金属氯化物中含有同一种金属元素。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述调节pH后溶液的pH为3.0-7.0，优选为3.0-5.0；
优选地，步骤(b)所述蒸发为在所述滤液沸点处蒸发；
优选地，步骤(b)所述蒸发的时间为10-90min；
优选地，步骤(b)所述蒸发时产生的水蒸气可用于步骤(2)所述固体洗涤中。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将石英砂与1-3mol/L硫酸溶液和0.5-3mol/L金属氯化物溶液混合，在50-80℃下搅拌60-120min；其中，所述石英砂与硫酸溶液的固液比为(0.2-1):1，所述金属氯化物溶液与硫酸溶液体积比为(1-2):1，所述搅拌的速度为100-500r/min；
(2)将步骤(1)反应后的溶液进行固液分离，将分离出的固体洗涤，干燥后得到除去铁的石英砂产品；
(3)向步骤(2)固液分离后得到的母液中加入金属氧化物调节pH为3.0-5.0，过滤后得到滤液和铁的沉淀物；其中，所述金属氧化物和金属氯化物中含有同一种金属元素；
(4)将步骤(a)得到的滤液加热至沸点蒸发10-90min析出硫酸盐，固液分离后将滤液返回至步骤(1)中继续使用。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113479894A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-08 | 深圳市考拉生态科技有限公司 | 环保型石英砂提纯工艺 |
| CN114751419A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-15 | 连云港强邦石英制品有限公司 | 一种酸浸法提纯制备高纯石英砂的工艺 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101670268A (zh) * | 2008-09-09 | 2010-03-17 | 中国矿业大学(北京) | 一种用石棉尾矿酸浸渣制备硅质多孔材料的方法 |
| CN104860318A (zh) * | 2014-02-20 | 2015-08-26 | 新沂市宏润石英硅微粉有限公司 | 一种生产混合酸氧化高纯石英砂的酸洗系统 |
| CN106185954A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-12-07 | 王林 | 一种大规模化石英砂酸洗除铁除杂工艺 |
| CN108285147A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-07-17 | 河南易成新能源股份有限公司 | 从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101670268A (zh) * | 2008-09-09 | 2010-03-17 | 中国矿业大学(北京) | 一种用石棉尾矿酸浸渣制备硅质多孔材料的方法 |
| CN104860318A (zh) * | 2014-02-20 | 2015-08-26 | 新沂市宏润石英硅微粉有限公司 | 一种生产混合酸氧化高纯石英砂的酸洗系统 |
| CN106185954A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-12-07 | 王林 | 一种大规模化石英砂酸洗除铁除杂工艺 |
| CN108285147A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-07-17 | 河南易成新能源股份有限公司 | 从晶体硅砂浆切割废料中提取高纯硅粉的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 邓日章等: "含锌溶液中阴离子对除铁过程影响的热力学规律", 《湖南有色金属》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113479894A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-08 | 深圳市考拉生态科技有限公司 | 环保型石英砂提纯工艺 |
| CN114751419A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-15 | 连云港强邦石英制品有限公司 | 一种酸浸法提纯制备高纯石英砂的工艺 |
| CN114751419B (zh) * | 2022-04-14 | 2022-12-09 | 连云港强邦石英制品有限公司 | 一种酸浸法提纯制备高纯石英砂的工艺 |
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