專利名稱：一種制備高純石英砂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石英砂高效制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備高純石英砂的方法，尤其是一種適用于采用天然普通硅石的制備高純石英砂的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，石英作為一種重要的工業(yè)原料，在許多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，如玻璃、塑料、橡膠、油漆等。很多高新技術(shù)領(lǐng)域則需要高純石英砂作原料，高純石英砂一般是指Si02， 含量高于99. 99%的石英粉，具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性、高絕緣耐壓能力和極低的體膨脹系數(shù)。是電子核心器件、光導(dǎo)通訊材料、太陽能電池等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要原材料， 其高檔產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在大規(guī)模集成電路、太陽能電池、光纖、激光、航天、軍事等行業(yè)中。 如電子材料、光纖通訊、Si02薄膜材料等。上述行業(yè)中石英砂的純度和雜質(zhì)元素的含量直接影響著所制備產(chǎn)品的好壞。目前、國內(nèi)外均選用天然水晶作原料，經(jīng)粉碎、分級、提純制得符合標(biāo)準(zhǔn)的石英砂。 如美國的尤尼明公司制備高純石英砂的水平較高，其雜質(zhì)含量在20ppm以內(nèi)，但是其工藝復(fù)雜，成本十分昂貴。目前傳統(tǒng)石英砂的制備工藝為粗選一破碎一焙燒一水碎一粉碎 —除鐵一酸浸泡一浮選等工序，最后制成80 100目的產(chǎn)品。這種生產(chǎn)和提純工藝較簡單，不能有效去除石英的包裹雜質(zhì)、表面雜質(zhì)以及生產(chǎn)過程中存在的一些雜質(zhì)，使得純度不高，特別是內(nèi)部對多晶硅有很大影響的硼和磷等，去除效果更差。現(xiàn)有技術(shù)中，如申請?zhí)枮?200710132668. I公開號為CN101391871，發(fā)明名稱為“一種制備高純石英砂的方法”，通過酸浸工藝即將干燥后的石英砂在高濃度的(酸的濃度為5% 20%)的硫酸、鹽酸、硝酸或氫氟酸中，在較高的溫度(30 100°C)的條件下，除去石英砂細(xì)粉中的微量金屬和非金屬雜質(zhì)，使用硫酸、鹽酸、硝酸或氫氟酸等高強(qiáng)度的酸，不僅增加了成本，還對環(huán)境造成了巨大的污染。申請?zhí)枮?01010284139. 5公開號為CN101948235A發(fā)明名稱為“制備高純石英砂的方法”也是如此，使用了濃鹽酸或鹽酸與氫氟酸。天然水晶原料短缺，且價格昂貴。隨著水晶資源的逐步枯竭，自上世紀(jì)70年代， 各國家開始探索用普通硅石礦代替水晶制備高純石英砂，目前美國處于領(lǐng)先水平，其特點(diǎn)是工業(yè)化產(chǎn)量大、制備專業(yè)化、自動化程度高、檢測水平高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定現(xiàn)有的高純石英砂被美國、德國、俄羅斯等少數(shù)國家所壟斷。因而，利用天然普通硅石作原料，替代水晶制取高純石英砂具有現(xiàn)實(shí)意義。但是因地質(zhì)環(huán)境的不同，各地區(qū)硅石的品質(zhì)也不盡相同，硅石在結(jié)晶生長時，由于成礦的種種原因，會造成結(jié)晶構(gòu)造的缺陷和空穴，因而會形成各種大小體積的雜質(zhì)包裹體。在我國國內(nèi)，現(xiàn)還沒有一種能從硅石礦中制備二氧化硅的含量大于 99. 99%的高純石英砂的方法。因此迫切需要開發(fā)天然普通硅石制備高純度、低雜質(zhì)含量的高純石英砂的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種制備高純石英砂的方法，針對不同的礦源，選擇合理的制備條件，破解各種雜質(zhì)包裹體和改變硅石晶形，尤其是對制備高純石英砂過程中水淬工藝進(jìn)行改進(jìn)，然后得到雜質(zhì)總量控制在IOppm以內(nèi)，純度大于 99. 998 %的高純石英砂。一種制備高純石英砂的方法；按照下述步驟進(jìn)行(I)粗選將各類硅石原料中的明顯的雜質(zhì)和異物去除，(2)焙燒將硅石硅石顆粒倒入焙燒爐中焙燒4小時，(3)水淬將焙燒發(fā)紅的硅石用出料推桿推出，投入到質(zhì)量濃度為1% _5%氯化銨或硝酸銨水溶液中水淬3-5min ;，將硅石及時取出倒入網(wǎng)格箱中濾水，干燥后進(jìn)入粉碎車間；⑷粉碎分級將焙燒水淬并干燥后的硅石，經(jīng)鄂式破碎機(jī)粉碎至8-10_粒度大小，進(jìn)入對輥磨機(jī)粉碎至O. 04-0. Imm的石英砂粒；被粉碎的物料分為20目以上、20目-50目、50目-100 目、100目-160目、160目-200目等多個粒度規(guī)格，經(jīng)粗磁選，包裝稱重后轉(zhuǎn)運(yùn)至浮選車間備用;(5)浮選首先投入磁選好的石英粉至浮選機(jī)內(nèi)，按石英粉和去離子水體積比例為I : 3，加熱礦漿溫度為70 85°C ;加氨水和礦漿捕收劑的混合液，調(diào)整礦漿ph值至8 9 ;攪拌 IOmin后，再加入異辛醇浮選30min ;浮選好的石英粉用乙醇和去離子水清洗至中性；(6)去離子水清洗將浮選好的石英砂投入到清洗機(jī)中清洗4-5遍，控制砂水體積比例=I 3，洗滌溫度為70-80度，每次洗滌時間為1-1. 5h，經(jīng)檢測當(dāng)洗滌出水的離子濃度達(dá)到控制指標(biāo)時， 清洗完畢；(7)烤砂干燥將清洗合格的石英砂連續(xù)進(jìn)入烤砂機(jī)中，控制干燥溫度為980-1100度，出料溫度 200-250度，物料流量200kg/h ;石英砂經(jīng)二次冷卻，達(dá)到常溫后進(jìn)入二次磁選和成品包裝。其中步驟(I)中所述的將各類硅石原料中的明顯的雜質(zhì)和異物去除，是指首先將硅石整理分選為尺寸30mm*30mm大小的塊狀，按照透明、半透明和白色不透明依次分為為一級、二級、三級，選出雜質(zhì)含量較多的為廢品；將選好的礦石放入網(wǎng)格箱中，再置入清洗池中清水浸泡用高壓水沖洗，表面質(zhì)多的需要單獨(dú)除雜；清洗沖洗干凈，以表面肉眼觀察無明顯雜質(zhì)為準(zhǔn)，濾水待下一工序處理。其中步驟(2)中所述焙燒是指將干凈干燥的硅石倒入焙燒爐進(jìn)料料斗中，將焙燒爐爐溫設(shè)置為二區(qū)860°C，一區(qū)900°C，當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定值時啟動提升機(jī)將硅石倒入爐中， 設(shè)定加熱爐旋轉(zhuǎn)時間，旋轉(zhuǎn)行程和推桿出料時間以及進(jìn)料量、進(jìn)料間隔時間，出料時以硅石焙燒發(fā)紅為準(zhǔn)。其中步驟(3)中所述的水淬溶液，優(yōu)選質(zhì)量濃度為2%的硝酸銨和醋酸銨復(fù)合水溶液，復(fù)合水溶液中氯化銨和硝酸銨的質(zhì)量比為I : 1，水淬時間為5min。其中步驟(5)中按照按照氨水與石英粉的質(zhì)量比為O. 5 100的加入量，加入氨水，調(diào)節(jié)礦漿pH值；按照礦漿捕收劑與石英粉的質(zhì)量比為I : 100的加入量，加入調(diào)整礦漿捕收劑；礦漿捕收劑的中煤油油酸棕櫚油=2:1: 1(質(zhì)量比)；按照異辛醇與石英粉的質(zhì)量比為I. 5 100加入量加入異辛醇進(jìn)行浮選操作。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比主要是通過在產(chǎn)品純度和脫出雜質(zhì)元素的方法上，；在水淬工藝中通過選擇合理的水淬溶液，以及水淬溶液中復(fù)鹽種類和濃度以及水淬時間等水淬操作條件，最終能使石英砂的雜質(zhì)總量控制在IOppm以內(nèi)，含量大于99. 998%。避免了現(xiàn)有技術(shù)中使用硫酸、 鹽酸、硝酸或氫氟酸等強(qiáng)酸存在的成本高、污染環(huán)境的不足；硝酸銨和醋酸銨的水淬溶液具有成本低、易得、對環(huán)境無污染的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例本發(fā)明一種制備高純石英砂的方法的各個實(shí)施例；按照下述步驟進(jìn)行(I)粗選將各類硅石原料中的明顯的雜質(zhì)和異物去除；即首先將硅石整理分選為尺寸30mmX 30mm大小的塊狀，透明及半透明和白色不透明依次為一級、二級、三級，選出雜質(zhì)含量較多的為廢品；將選好的礦石放入網(wǎng)格箱中，再置入清洗池中清水浸泡用高壓水沖洗，表面質(zhì)多的需要單獨(dú)除雜；清洗沖洗干凈，以表面肉眼觀察無明顯雜質(zhì)為準(zhǔn)，濾水待下一工序處理。(2)焙燒將硅石硅石顆粒在850_900°C的條件下焙燒4小時；因地質(zhì)環(huán)境的不同，各地區(qū)硅石的品質(zhì)也不盡相同，硅石在結(jié)晶生長時，由于成礦的種種原因，會造成結(jié)晶構(gòu)造的缺陷和空穴，因而會形成各種大小體積的雜質(zhì)包裹體。所以針對不同的礦源，選擇合理的焙燒條件，是破解各種雜質(zhì)包裹體和改變硅石晶形的有效途徑，它對水淬操作去除雜質(zhì)的影響很大。經(jīng)過大批量的生產(chǎn)中試和各種分析對比，針對東海硅石目前我們確立的焙燒條件焙燒溫度850-900°C ;焙燒時間4h，既解決了石英砂晶形轉(zhuǎn)換問題，更解決了雜質(zhì)包裹體破解問題，為水淬操作定向去除石英砂中的雜質(zhì)建立了基礎(chǔ)。具體操作條件為將干凈干燥的硅石倒入焙燒爐進(jìn)料料斗中，將焙燒爐爐溫設(shè)置為二區(qū)860°C，一區(qū)900°C，當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定值時啟動提升機(jī)將硅石倒入爐中，設(shè)定加熱爐旋轉(zhuǎn)時間，旋轉(zhuǎn)行程和推桿出料時間以及進(jìn)料量、進(jìn)料間隔時間，出料時以硅石焙燒發(fā)紅為準(zhǔn)。(3)水淬將焙燒發(fā)紅的娃石用出料桿推出，直接投入到質(zhì)量濃度為2% _5%氯化銨和硝酸銨的復(fù)合水溶液中，水淬3-5min ;后，將硅石及時取出倒入網(wǎng)格箱中濾水，干燥后進(jìn)入粉碎車間。通過水淬實(shí)驗(yàn)的雜質(zhì)對比分析，單鹽濃度的變化以及合理選擇復(fù)合鹽，能定向的去除或降低某一類雜質(zhì)元素的含量指標(biāo)，使用復(fù)合鹽的效果要大于單鹽的效果；當(dāng)鹽的濃度選擇大于5%時，對去除或降低雜質(zhì)元素的含量指標(biāo)沒有太大的變化。在單鹽溶液中水淬時間的變化，對雜質(zhì)元素的含量指標(biāo)降低變化不大，而在復(fù)合鹽溶液中適當(dāng)?shù)难娱L水淬時間或控制水淬時間，對雜質(zhì)元素的含量指標(biāo)降低變化很大。在高純石英砂的生產(chǎn)過程中，在其他生產(chǎn)工藝控制不變的情況下，我們通過選擇濃度為2%硝酸銨和醋酸銨的復(fù)鹽以及水淬時間5分鐘等水淬操作條件，最終能使石英砂的雜質(zhì)總量控制在IOppm以內(nèi)，含量大于99. 998%。詳細(xì)結(jié)果見表1-13.(4)粉碎分級將焙燒水淬以及干燥后的硅石，經(jīng)鄂式破碎機(jī)粉碎至8-lOmm粒度大小，進(jìn)入對輥磨機(jī)粉碎至O. 04-0. Imm的砂粒(石英砂)。被粉碎的物料分為20目以上、20目-50目、50 目-100目、100目-160目、160目-200目等多個粒度規(guī)格，經(jīng)粗磁選，包裝稱重后轉(zhuǎn)運(yùn)至氯化車間備用。(5)浮選首先投入350kg磁選好的石英粉至浮選機(jī)內(nèi)，再加入離子水900-1000L，控制體積比例為I : 3，加熱礦漿當(dāng)溫度為達(dá)到70 85°C時，加氨水I. 75kg和3. 5kg礦漿捕收劑混合物(礦漿捕收劑由質(zhì)量比為2 I I的煤油油酸棕櫚油組成)，調(diào)整礦漿pH值至 8 9 ;攪拌IOmin后，再加入異辛醇5. 25kg浮選30min ；,最后將浮選好的石英粉用乙醇和去離子水清洗至中性。(6)去離子水清洗將浮選好的中性石英砂投入到清洗機(jī)中繼續(xù)清洗4-5遍，控制砂水體積比例= I 3，洗滌溫度為70-80度，每次洗滌時間為1-1. 5h，經(jīng)檢測當(dāng)洗滌出水的離子濃度達(dá)到控制指標(biāo)時，清洗完畢。(7)烤砂干燥將清洗合格的石英砂連續(xù)進(jìn)入烤砂機(jī)中，控制干燥溫度為980-1100度，出料溫度 200-250度，物料流量200kg/h ;石英砂經(jīng)二次冷卻，達(dá)到常溫后進(jìn)入二次磁選和成品包裝。表I不同實(shí)施例中水淬溶液組成及濃度(質(zhì)量濃度)
權(quán)利要求
1.一種制備高純石英砂的方法；其特征在于按照下述步驟進(jìn)行(I)粗選將各類硅石原料中的明顯的雜質(zhì)和異物去除，(2)焙燒將硅石顆粒倒入焙燒爐中焙燒4小時，(3)水淬將焙燒發(fā)紅的硅石用出料推桿推出，投入到質(zhì)量濃度為1%_5%氯化銨或硝酸銨水溶液中水淬3-5min ;將硅石及時取出倒入網(wǎng)格箱中濾水，干燥后進(jìn)入粉碎車間；(4)粉碎分級將焙燒水淬并干燥后的硅石，經(jīng)鄂式破碎機(jī)粉碎至8-10_粒度大小，進(jìn)入對輥磨機(jī)粉碎至O. 04-0. Imm的石英砂粒；被粉碎的物料分為20目以上、20目-50目、50目-100目、 100目-160目、160目-200目多個粒度規(guī)格，經(jīng)粗磁選，包裝稱重后轉(zhuǎn)運(yùn)至浮選車間備用；(5)浮選首先投入磁選好的石英粉至浮選機(jī)內(nèi)，按石英粉和去離子水體積比例為1: 3，加熱礦漿溫度為70 85°C ;加入氨水和礦漿捕收劑的混合液，礦漿調(diào)整ph值至8 9 ;攪拌IOmin 后，再加入異辛醇浮選30-60min ;最后將浮選好的石英粉用乙醇和去離子水清洗至中性；(6)去尚子水清洗將浮選好的石英砂投入到清洗機(jī)中清洗4-5遍，控制砂水體積比例=1:3，洗滌溫度為 70-80度，每次洗滌時間為I一I. 5h，經(jīng)檢測當(dāng)洗滌出水的離子濃度達(dá)到控制指標(biāo)時，清洗完畢；(7)烤砂干燥將清洗合格的石英砂連續(xù)進(jìn)入烤砂機(jī)中，控制干燥溫度為980-1100度，出料溫度 200—250度，物料流量200kg/h ;石英砂經(jīng)二次冷卻，達(dá)到常溫后進(jìn)入二次磁選和成品包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備高純石英砂的方法；其特征在于其中步驟(I)中所述的將各類硅石原料中的明顯的雜質(zhì)和異物去除，是指首先將硅石整理分選為尺寸 30mm*30mm大小的塊狀，按照透明、半透明和白色不透明依次分為為一級、二級、三級，選出雜質(zhì)含量較多的為廢品；將選好的礦石放入網(wǎng)格箱中，再置入清洗池中清水浸泡用高壓水沖洗，表面質(zhì)多的需要單獨(dú)除雜；清洗沖洗干凈，以表面肉眼觀察無明顯雜質(zhì)為準(zhǔn)，濾水待下一工序處理。
3 根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備高純石英砂的方法；其特征在于其中步驟(2)中所述焙燒是指將干凈干燥的硅石倒入焙燒爐進(jìn)料料斗中，將焙燒爐爐溫設(shè)置為二區(qū)860°C，一區(qū)900°C，當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定值時啟動提升機(jī)將硅石倒入爐中，設(shè)定加熱爐旋轉(zhuǎn)時間，旋轉(zhuǎn)行程和推桿出料時間以及進(jìn)料量、進(jìn)料間隔時間，出料時以娃石焙燒發(fā)紅為準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備高純石英砂的方法；其特征在于其中步驟(3)中所述的水淬溶液，優(yōu)選質(zhì)量濃度為2%的硝酸銨和醋酸銨復(fù)合水溶液，復(fù)合水溶液中氯化銨和硝酸銨的質(zhì)量比為I :1，水淬時間為5min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備高純石英砂的方法；其特征在于其中步驟(5)中按照氨水與石英粉的質(zhì)量比為O. 5:100的加入量加入氨水，調(diào)節(jié)礦漿pH值；按照礦漿捕收劑與石英粉的質(zhì)量比為1:100的加入量，加入調(diào)整礦漿捕收劑；礦漿捕收劑的中煤油油酸: 棕櫚油以質(zhì)量比計為2:1:1 ;按照異辛醇與石英粉的質(zhì)量比為1.5:100加入量加入異辛醇進(jìn)行浮選操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備高純石英砂的方法，屬于石英砂高效制備技術(shù)領(lǐng)域。是一種適用于采用天然普通硅石的制備高純石英砂的方法。針對不同的礦源，選擇合理的制備條件，破解各種雜質(zhì)包裹體和改變硅石晶形，尤其是對制備高純石英砂過程中水淬工藝進(jìn)行改進(jìn)，然后得到雜質(zhì)總量控制在10ppm以內(nèi)，純度大于99.998％的高純石英砂。避免了現(xiàn)有技術(shù)中使用硫酸、鹽酸、硝酸或氫氟酸等強(qiáng)酸存在的成本高、污染環(huán)境的不足；硝酸銨和醋酸銨的水淬溶液具有成本低、易得、對環(huán)境無污染的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C01B33/12GK102602942SQ201210080340
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月25日
發(fā)明者張國慶, 王兆峰 申請人:連云港金瑞照明電器有限公司