CN109485050A - 一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法，属于石英砂生产技术领域。其改进之处是在石英砂的酸洗工艺中，将待酸洗的石英砂与杂质吸附球混合放入酸洗槽中，加入合适的酸洗液，不断搅拌酸洗。在酸洗的同时，通过经过特殊处理的杂质吸附环吸附杂质。本发明不但实现了对酸的循环利用，还实现了对金属离子的回收利用，操作方法简单可行，绿色环保。

Description

一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法

技术领域

本发明属于石英砂生产技术领域，尤其涉及方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法。

背景技术

高纯石英砂作为重要的工业原材料,被广泛用于太阳能光伏、微电子、光纤通讯等行业,高纯石英砂对铁、铝、钛、碱金属等金属杂质要求极为严格。铁元素通常存在石英颗粒表面赤铁矿、云母等含铁矿相,铁等过渡金属会影响石英制品的光透过率和电导率；钠、钾、钙等碱金属通常赋存于杂质矿相和液固包裹体中，碱金属杂质含量过高会降低石英制品的耐高温性能,进而影响其热稳定性和光学特性。

目前常用除杂方法有磁选、酸洗、浮选、微生物法和络合法等。酸洗法作为一种有效去除石英砂中金属杂质元素的方法,已被广泛使用，它具有去除效果好，工艺简单，生产成本低的优点。其缺点是酸洗石英砂后产生的废酸直接排放出去容易污染环境，又造成浪费。因此，研究如何将酸洗溶液处理后循环利用是解决这一问题的有效途径，对石英砂酸洗溶液循环利用的关键是去除酸洗之后溶液中溶解的金属离子，目前常规的技术是用碱中和酸洗液，使金属离子在碱性条件下 沉淀，这样虽然除去了金属离子，但是酸溶液也被浪费掉，无法实现酸的循环利用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，通过在石英砂的酸洗过程中加入杂质吸附球，对对酸洗液中的金属离子进行螯合吸附，去除酸洗液中的杂质金属离子，不但简化了工艺环节还能使酸洗液复原，达到多次循环使用的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，该方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法，包括以下步骤：

1)将待酸洗的石英砂与杂质吸附球混合放入酸洗槽中，放入量占酸洗槽容积的一半左右即可；

2)从酸洗槽的底部向酸洗槽中注入含有盐酸、草酸、硝酸的酸洗液，当酸洗液淹没槽内的石英砂时，利用搅拌装置进行搅拌，并继续向槽内注入酸洗液至酸洗槽容积的80～90%时，密封酸洗槽，然后搅拌酸洗5～6小时；期间每搅拌30～50分钟，静置10～20分钟；

3)停止搅拌静置20～30分钟后，由于杂质吸附球比重小，杂质吸附球自然的漂浮在石英砂上层的酸洗液中，从酸洗槽上部将含有杂质吸附球的酸洗液排出，从酸洗槽底部排出不含杂质吸附球的酸洗液；冲洗石英砂表面残留酸洗液，冲洗液收集后可循环利用，将石英砂烘干；

4)将石英砂上层的酸洗液过滤去杂质吸附球后与从酸洗槽底部排出的酸洗液混合，混合后的酸洗液中酸组分浓度低于所需浓度时进行相应补充，然后继续酸洗石英砂。

所述步骤1)中的杂质吸附球是由粒径在1～2mm的环氧树脂胶泥、无患子提取物制成，其制备方法为：①将环氧树脂胶泥颗粒置于溶有10～15wt％无患子提取物的0.5mol/L氢氧化钠溶液中，在100～120℃下搅拌30～40分钟，热过滤后得到改性环氧树脂胶泥颗粒；②将步骤①所述的改性环氧树脂胶泥颗粒迅速置于0.5mol/l盐酸溶液中冷却凝聚，过滤待完全干燥；③将经过步骤②冷却凝聚处理的改性环氧树脂胶泥颗粒，置于网袋中完全浸入液氮中处理3-5分钟取出，即得到杂质吸附球。

所述无患子提取物的制备：将无患子果皮晾干后剪碎加入适量的水煎煮2-3小时，冷却后过滤，使滤液和滤渣分离，再将滤渣加入适量的水煎煮2-3小时，再次过滤，将两次滤液合并后离心，取上清液旋转蒸发浓缩干燥得到粉末，即为无患子提取物

优选的，步骤1)中待酸洗的石英砂中二氧化硅含量≤98％、铁含量≥550ppm，石英矿石的粒径在30～40目。

优选的，步骤1)中所述石英砂、杂质吸附球的质量比为1∶ 0 .06～0 .10。

优选的，步骤2)中所述酸洗液中各组分的质量分数为10～20wt％盐酸、6～10wt％草酸、2～6wt％硝酸。

优选的，将步骤4)中所述的被滤出的杂质吸附球置于含有0.6～0 .8mol/L氢氧化钠的溶液中搅拌30～40分钟，离心分离并用去离子水冲洗，干燥后可重复使用。

优选的，环氧树脂胶泥由临沂吉利新型建材有限公司生产。

本发明的有益效果：

无患子提取物具有较强的表面活性，含有大量的有机酸、酚酸、黄酮醇、氨基酸和皂苷类物质，目前尚没见用无患子提取物对环氧树脂胶泥进行改性的技术报道，更没有将其改性后的环氧树脂胶泥颗粒用于去除酸洗石英砂中废酸液中杂质金属离子的报道。

在本发明中，改性环氧树脂胶泥颗粒经过低温液氮处理，在常温和低温的交替突变中，颗粒表面增加了肉眼看不见的花纹裂缝，增大了表面积，更有利于在酸洗过程中螯合吸附金属离子；同时改性环氧树脂胶泥颗粒密度比酸洗液小，在酸洗液中很容易上浮在溶液表面，与石英砂分离，所以酸洗结束后在不改变体系pH的 基础上，有效除去了溶液中金属离子。本发明不但实现了对酸的循环利用，还实现了对金属离子的回收利用，操作方法简单可行，绿色环保。

具体实施方式

实施例1

1) 待酸洗的石英砂中二氧化硅含量为98％、铁含量为600ppm，石英矿石的粒径在30～40目，将待酸洗的石英砂与杂质吸附球混合放入酸洗槽中，放入量占酸洗槽容积的50%，石英砂、杂质吸附球的质量比为1∶ 0 .08。所述杂质吸附球是由粒径在1.5mm的环氧树脂胶泥、无患子提取物制成，其制备方法为：①将环氧树脂胶泥颗粒置于溶有10wt％无患子提取物的0.5mol/L氢氧化钠溶液中，在100℃下搅拌30分钟，热过滤后得到改性环氧树脂胶泥颗粒；②将步骤①所述的改性环氧树脂胶泥颗粒迅速置于0.5mol/l盐酸溶液中冷却凝聚，过滤待完全干燥；③将经过步骤②冷却凝聚处理的改性环氧树脂胶泥颗粒，置于网袋中完全浸入液氮中处理3分钟取出，即得到杂质吸附球。

2)从酸洗槽的底部向酸洗槽中注入含有盐酸、草酸、硝酸的酸洗液，酸洗液中三种酸的质量分数为10wt％盐酸、10wt％ 草酸、2wt％硝酸，当酸洗液淹没槽内的石英砂时，利用搅拌装置进行搅拌，并继续向槽内注入酸洗液至酸洗槽容积的80%时，密封酸洗槽，然后搅拌酸洗5小时；期间每搅拌40分钟，静置15分钟；

3)停止搅拌静置20分钟后，由于杂质吸附球比重小，杂质吸附球自然的漂浮在石英砂上层的酸洗液中，从酸洗槽上部将含有杂质吸附球的酸洗液排出，从酸洗槽底部排出不含杂质吸附球的酸洗液；冲洗石英砂表面残留酸洗液，冲洗液收集后可循环利用，将石英砂烘干。

4)将石英砂上层的酸洗液过滤去杂质吸附球后与从酸洗槽底部排出的酸洗液混合，将被滤出的杂质吸附球置于含有0 .6mol/L氢氧化钠的溶液中搅拌30分钟，离心分离并用去离子水冲洗，干燥后可重复使用。

混合后的酸洗液中酸组分浓度低于所需浓度时进行相应酸洗石英砂。

实施例2

以循环利用了15次的实施例1中的酸洗溶液和杂质吸附球对石英砂进行酸洗。

对比例1

1) 待酸洗的石英砂中二氧化硅含量为98％、铁含量为600ppm，石英矿石的粒径在30～40目，将待酸洗的石英砂与杂质吸附球混合放入酸洗槽中，放入量占酸洗槽容积的50%，石英砂、杂质吸附球的质量比为1∶ 0 .08。所述杂质吸附球是由粒径在1.5mm的环氧树脂胶泥、无患子提取物制成，其制备方法为：①将环氧树脂胶泥颗粒置于溶有10wt％无患子提取物的0.5mol/L氢氧化钠溶液中，在100℃下搅拌30分钟，热过滤后得到改性环氧树脂胶泥颗粒；②将步骤①所述的改性环氧树脂胶泥颗粒迅速置于0.5mol/l盐酸溶液中冷却凝聚，过滤待完全干燥得到杂质吸附球。

2)从酸洗槽的底部向酸洗槽中注入含有盐酸、草酸、硝酸的酸洗液，酸洗液中三种酸的质量分数为10wt％盐酸、10wt％ 草酸、2wt％硝酸，当酸洗液淹没槽内的石英砂时，利用搅拌装置进行搅拌，并继续向槽内注入酸洗液至酸洗槽容积的80%时，密封酸洗槽，然后搅拌酸洗5小时；期间每搅拌40分钟，静置15分钟；

3)停止搅拌静置20分钟后，由于杂质吸附球比重小，杂质吸附球自然的漂浮在石英砂上层的酸洗液中，从酸洗槽上部将含有杂质吸附球的酸洗液排出，从酸洗槽底部排出不含杂质吸附球的酸洗液；冲洗石英砂表面残留酸洗液，冲洗液收集后可循环利用，将石英砂烘干。

对比例2

以循环利用了15次对比例1中的酸洗溶液和杂质吸附球对石英砂进行酸洗。

对比例3

1) 待酸洗的石英砂中二氧化硅含量为98％、铁含量为600ppm，石英矿石的粒径在30～40目，将待酸洗的石英砂与杂质吸附球混合放入酸洗槽中，放入量占酸洗槽容积的50%，石英砂、杂质吸附球的质量比为1∶ 0 .08。所述杂质吸附球为粒径1.5mm的环氧树脂胶泥颗粒。

2)从酸洗槽的底部向酸洗槽中注入含有盐酸、草酸、硝酸的酸洗液，酸洗液中三种酸的质量分数为10wt％盐酸、10wt％ 草酸、2wt％硝酸，当酸洗液淹没槽内的石英砂时，利用搅拌装置进行搅拌，并继续向槽内注入酸洗液至酸洗槽容积的80%时，密封酸洗槽，然后搅拌酸洗5小时；期间每搅拌40分钟，静置15分钟；

3)停止搅拌静置20分钟后，由于杂质吸附球比重小，杂质吸附球自然的漂浮在石英砂上层的酸洗液中，从酸洗槽上部将含有杂质吸附球的酸洗液排出，从酸洗槽底部排出不含杂质吸附球的酸洗液；冲洗石英砂表面残留酸洗液，冲洗液收集后可循环利用，将石英砂烘干。

对比例4

以循环利用了15次对比例3中的酸洗溶液和杂质吸附球对石英砂进行酸洗。

分别测试经过实施例1～2和对比例1～4酸洗处理的石英砂中二氧化硅含量和铁元素含量，同时测试经过实施例1～2和对比例1～4中方法处理后酸洗液中金属杂质含量，测试结果记录见表1。

由实施例1～2的测试结果可以得知，采用本发明所涉及的循环酸洗石英砂的方法，在多次酸洗石英砂后仍然能够保持较好的脱除金属杂质的效果，酸洗溶液的功效不因循环利用的次数增多而减弱，仅在误差范围内浮动，每次处理酸浸废液后其中残留的金属杂质含量较少，即采用实施例1步骤1）中制备方法制备的杂质吸附球几乎能够完全去除酸洗溶液中所溶解的金属离子；对比例1和对比例2的循环酸洗液中使用的杂质吸附球由于没有经过液氮低温处理，其去除酸洗液中金属离子的能力明显不如实施例1、2，酸洗后的石英砂不能达到较高的二氧化硅纯度和较低的铁含量；对比例3和对比例4的循环酸洗液中使用的杂质吸附球由于没有经过无患子提取物改性的纯的环氧树脂胶泥颗粒，几乎不能去除酸洗液中金属离子，酸洗后的石英砂中二氧化硅纯度和铁含量几乎没有变化。

表1几种实施例和对比例中测试结果比较

实施例	Si0<sub>2 </sub>（%）	铁元素含量（ppm）	酸洗液中金属离子含量（%）
				实施例1	99.98	179	0.49
实施例2	99.95	185	0.56
				实施例1	99.93	189	0.61
实施例2	99.90	186	0.76
				实施例3	98.23	205	1.23
实施例4	98.06	224	1.40

从表1中可以看出：在相同的石英砂酸洗步骤中，杂质吸附球的性能决定了酸洗中二氧化硅纯度和铁元素含量以及酸洗液中金属杂质含量， 以实施例1和实施例2制备的杂质吸附球的去除杂质的能力最强，经过酸洗后的石英砂二氧化硅纯度高，铁含量低，对比例1和对比例2制备的杂质吸附球，由于没有经过液氮低温处理，其去除杂质的能力比实施例1低；对比例3和对比例4使用的杂质吸附球为单纯的环氧树脂胶泥颗粒，其去除杂质的能力表现较差。

Claims (7)

1.一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将待酸洗的石英砂与杂质吸附球混合放入酸洗槽中，放入量占酸洗槽容积的一半左右即可；

2)从酸洗槽的底部向酸洗槽中注入含有盐酸、草酸、硝酸的酸洗液，当酸洗液淹没槽内的石英砂时，利用搅拌装置进行搅拌，并继续向槽内注入酸洗液至酸洗槽容积的80～90%时，密封酸洗槽，然后搅拌酸洗5～6小时；期间每搅拌30～50分钟，静置10～20分钟；

3)停止搅拌静置20～30分钟后，由于杂质吸附球比重小，杂质吸附球自然的漂浮在石英砂上层的酸洗液中，从酸洗槽上部将含有杂质吸附球的酸洗液排出，从酸洗槽底部排出不含杂质吸附球的酸洗液；冲洗石英砂表面残留酸洗液，冲洗液收集后可循环利用，将石英砂烘干；

4)将石英砂上层的酸洗液过滤去杂质吸附球后与从酸洗槽底部排出的酸洗液混合，混合后的酸洗液中酸组分浓度低于所需浓度时进行相应补充，然后继续酸洗石英砂。

2.如权利要求1所述的一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法，其特征在于所述步骤1)中的杂质吸附球是由粒径在1～2mm的环氧树脂胶泥、无患子提取物制成，其制备方法为：①将环氧树脂胶泥颗粒置于溶有10～15wt％无患子提取物的0.5mol/L氢氧化钠溶液中，在100～120℃下搅拌30～40分钟，热过滤后得到改性环氧树脂胶泥颗粒；②将步骤①所述的改性环氧树脂胶泥颗粒迅速置于0.5mol/l盐酸溶液中冷却凝聚，过滤待完全干燥；③将经过步骤②冷却凝聚处理的改性环氧树脂胶泥颗粒，置于网袋中完全浸入液氮中处理3-5分钟取出，即得到杂质吸附球。

3.如权利要求1所述的一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法，其特征在于所述无患子提取物的制备：将无患子果皮晾干后剪碎加入适量的水煎煮2-3小时，冷却后过滤，使滤液和滤渣分离，再将滤渣加入适量的水煎煮2-3小时，再次过滤，将两次滤液合并后离心，取上清液旋转蒸发浓缩干燥得到粉末，即为无患子提取物。

4.如权利要求1所述的一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法，其特征在于步骤1)中待酸洗的石英砂中二氧化硅含量≤98％、铁含量≥550ppm，石英矿石的粒径在30～40目。

5.如权利要求1所述的一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法，其特征在于步骤1)中所述石英砂、杂质吸附球的质量比为1∶ 0 .06～0 .10。

6.如权利要求1所述的一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法，其特征在于步骤2)中所述酸洗液中各组分的质量分数为10～20wt％盐酸、6～10wt％ 草酸、2～6wt％硝酸。

7.如权利要求1所述的一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法，其特征在于将步骤4)中所述的被滤出的杂质吸附球置于含有0.6～0 .8mol/L氢氧化钠的溶液中搅拌30～40分钟，离心分离并用去离子水冲洗，干燥后可重复使用。