專利名稱：一種利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法
技術領域：
本發明屬于ニ氧化硅的制備，涉及ー種利用天然脈石英制備ニ氧化硅微粉的方法，特別適用于高純超細ニ氧化硅微粉的制備，制得的ニ氧化硅微粉可作為原材料在航空、航天、精細化工、可擦寫磁盤 、特種陶瓷、大規模集成電路以及化妝品等高科技領域有廣泛的應用前景。
背景技術：
硅作為半導體基礎原料在電子科技領域的發展中的作用是顯而易見的，而ニ氧化硅作為硅產品的核心原料，在硅產品的生產中有著不可替代的作用。它所具有的獨特的物理化學性質，使其在航空、航天、電子、機械以及飛速發展的IT產業中都占有舉足輕重的地位，特別是其耐高溫、熱膨脹系數小、高度絕緣、耐腐蝕、壓電效應、諧振效應以及獨特的光學性能，使其在IT行業的核心產品如計算機芯片、光導纖維、電子產業的諧振器、新型電光源、高絕緣的封裝材料、航空表面材料、軍エ技術產品、特種光學玻璃、化學分析儀器等等，都有著不可替代的作用。值得說明的是，雖然ニ氧化硅的儲量不是問題，但是作為IT產業的基礎原料，其純度、晶型等諸多方面仍然成為硅原料生產與供應的主要問題。我國近年對于高純硅微粉的需求超過10萬噸，毎年的增長率超過20%，隨著微電子エ業的發展，大規模集成電路對封裝材料的要求也越來越高。20世紀70年代以來，以美國尤尼明公司為石英玻璃原料生產廠的杰出代表，滿足了世界90%以上的石英玻璃原料供應，由于其擁有世界純度較高的礦源和先進的石英玻璃原料生產提純技術以及質量保證體系，使尤尼明公司的石英玻璃原料成為世界石英玻璃原料的標準原料。而我國高純石英砂的生產始于上世紀90年代末，到目前為止選用的基本原材料主要為水晶，年產量較少、品種單一、質量較低為其主要特點，無法滿足國內相關企業的需求，所以高純石英砂主要還是依靠進ロ。現有技術中，高純石英砂生產エ藝一般分為兩類生產方法，分別為化學法和物理法。其中化學法合成可以得到質量較高的產品，可是由于エ藝過程的限制，產量無法提高，而且成本也難以降低。物理法基本是通過天然的優質硅石，經過粉碎等步驟得到品質穩定的產品，但是要采用較復雜的エ藝過程，不利于產業化生產。

發明內容
本發明的目的g在克服現有技術中的不足，提供ー種利用天然脈石英制備ニ氧化硅微粉的方法。該方法生產エ藝簡單，生產效率高，生產成本低，基本無污染，制備的ニ氧化硅高純超細。本發明的內容是ー種利用天然脈石英制備ニ氧化硅微粉的方法，其特征是包括下列步驟
a、破碎以SiO2的質量百分含量> 99%的脈石英原礦為原料，經破碎機(較好的是顎式破碎機)粉碎成直徑為I 2cm的脈石英原礦顆粒；b、高溫水淬將脈石英原礦顆粒加熱至950 1000°C的溫度、并保溫20 40分鐘后，迅速放入去離子水或蒸餾水中，經攪拌、過濾，得到水淬后礦石顆粒；將含有脈石英原礦顆粒表面粉塵的濾液棄去；
C、球磨酸洗將水淬后礦石顆粒放入聚氨酯球磨罐(或其它非金屬球磨罐及球磨設備)中，以鹽酸與硫酸的混合酸作為球磨介質、用瑪瑙球球磨4 8小時后，過濾，濾液棄去，得到微粉；
d、超聲水洗將微粉置于超聲環境(采用超聲清洗器或其它超聲清洗裝置)中、用去離子水或蒸餾水洗滌2 5次，得到洗凈的微粉；
e、干燥及研磨將洗凈的微粉在80 100°C的溫度下、干燥5 15分鐘(也可以采用自然晾干等其它現有技術中的干燥方式)，除去洗凈的微粉中的水，得到干燥的微粉，再采用球磨機將干燥的微粉球磨分散、收集，即制得d5(l為300 600nm、SiO2的質量百分 含量彡99. 99%、鐵雜質的含量小于2. 12ppm、招雜質的含量小于10. 06ppm的娃微粉。本發明的內容中步驟c中所述鹽酸與硫酸的混合酸較好的是取4 6mol/L的鹽酸、4 6mol/L的硫酸，按體積比I :1混合，即配成鹽酸與硫酸的混合酸。本發明的內容中步驟e中所述采用球磨機將干燥的微粉球磨較好的是采用行星式球磨機并控制行星式球磨機的轉速為300 600轉/分，球磨時間為4 8小時。本發明的內容中步驟d中所述超聲水洗較好的是洗滌至洗滌微粉后的水的pH為 6. 5 7. 5。與現有技術相比，本發明具有下列特點和有益效果
(1)采用本發明，用(顎式)破碎機將優質的脈石英礦石破碎為小顆粒后，利用高溫下石英晶體的相變會導致體積變化的原理，通過水淬原礦顆粒內部缺陷處(如氣泡、雜質夾層、裂紋等)因體積的迅速改變而發生破裂，既可以出去缺陷處的雜質，又可以提高球磨的效率；球磨時利用聚氨酯球磨罐和瑪瑙球球磨大大的降低了雜質的摻入；在酸洗的過程中沒有使用單一酸而是使用鹽酸和硫酸的混合酸，可以更好的去除產品中的雜質含量，并減少了酸浸的時間，提高了生產效率；同樣，在利用超聲水洗的工藝過程上也是考慮到了最大程度的降低雜質在樣品表面的吸附量，提高產品的品質；最為關鍵的是利用混合酸作為球磨介質，既減少了工藝過程，同時也減少了酸浸時間，明顯的提高了生產效率，而且分離的混合酸經過簡單的處理后可以循環使用，可以大大降低對環境的污染；
(2)采用本發明，利用優質的脈石英礦石為原料，通過破碎、水淬、球磨、酸洗、超聲水洗、干燥后再研磨，即得到d5(l為300-600nm的高純二氧化硅微粉，其中SiO2的質量百分含量大于99. 99%,鐵雜質的質量百分含量小于2. 12ppm,招雜質的質量百分含量小于10. 06ppm,而且白度、流動性、分散性都較好；
(3)本發明制備工藝簡單，工序簡便，容易操作，實用性強。
具體實施例方式下面給出的實施例擬以對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。實施例I :ー種利用天然脈石英制備ニ氧化硅微粉的方法，包括下列步驟
(1)破碎選用SiO2質量百分含量為99%以上的高品質脈石英原礦作為原料，利用顎式破碎機將其粉碎至直徑為l_2cm左右的顆粒；
(2)高溫水淬將上一歩中得到的原礦顆粒在950°C高溫下保溫半小時，迅速放入超純水(去離子水或蒸餾水)中，經攪拌、過濾，得到水淬后礦石顆粒；將含有脈石英原礦顆粒表面粉塵的濾液棄去；
(3)球磨酸洗將上一歩中得到的水淬后礦石顆粒放入聚氨酯球磨罐中，利用鹽酸(5mol/L)硫酸(6mol/L)體積比I :1配制的混合酸作為球磨介質，瑪瑙球球磨6小時,轉速為500轉/分,最后將酸液排去；
(4)超聲水洗將上一歩中得到的微粉在超聲環境中利用超純水(去離子水或蒸餾水)洗至PH值為中性；
(5)干燥及研磨將上一歩中得到的硅微粉干燥后，放入聚氨酯球磨罐中利用瑪瑙球球磨分散，技能得到d5(l為300-600nm的高純ニ氧化硅微粉，其SiO2的質量百分含量≥99. 99%，鐵雜質含量小于2. 12ppm，鋁雜質含量小于10. 06ppm。實施例2:
ー種利用天然脈石英制備ニ氧化硅微粉的方法，包括下列步驟
a、破碎以SiO2的質量百分含量>99%的脈石英原礦為原料，經破碎機(較好的是顎式破碎機)粉碎成直徑為I 2cm的脈石英原礦顆粒；
b、高溫水淬將脈石英原礦顆粒加熱至950°C的溫度、并保溫40分鐘后，迅速放入去離子水或蒸餾水中，經攪拌、過濾，得到水淬后礦石顆粒；將含有脈石英原礦顆粒表面粉塵的濾液棄去；
C、球磨酸洗將水淬后礦石顆粒放入聚氨酯球磨罐(或其它非金屬球磨罐及球磨設備)中，以鹽酸與硫酸的混合酸作為球磨介質、用瑪瑙球球磨4小時后，過濾，濾液棄去，得到微粉；
d、超聲水洗將微粉置于超聲環境(采用超聲清洗器或其它超聲清洗裝置)中、用去離子水或蒸餾水洗滌2 5次，得到洗凈的微粉；
e、干燥及研磨將洗凈的微粉在80°C的溫度下、干燥15分鐘(也可以采用自然晾干等其它現有技術中的干燥方式)，除去洗凈的微粉中的水，得到干燥的微粉，再采用球磨機將干燥的微粉球磨分散、收集，即制得d5(l為300 600nm、SiO2的質量百分含量彡99. 99%、鐵雜質的含量小于2. 12ppm、招雜質的含量小于10. 06ppm的娃微粉。實施例3:
ー種利用天然脈石英制備ニ氧化硅微粉的方法，包括下列步驟
a、破碎以SiO2的質量百分含量>99%的脈石英原礦為原料，經破碎機(較好的是顎式破碎機)粉碎成直徑為I 2cm的脈石英原礦顆粒；
b、高溫水淬將脈石英原礦顆粒加熱至1000°C的溫度、并保溫20分鐘后，迅速放入去離子水或蒸餾水中，經攪拌、過濾，得到水淬后礦石顆粒；將含有脈石英原礦顆粒表面粉塵的濾液棄去；
C、球磨酸洗將水淬后礦石顆粒放入聚氨酯球磨罐(或其它非金屬球磨罐及球磨設備)中，以鹽酸與硫酸的混合酸作為球磨介質、用瑪瑙球球磨8小時后，過濾，濾液棄去，得到微粉；
d、超聲水洗將微粉置于超聲環境(采用超聲清洗器或其它超聲清洗裝置)中、用去離子水或蒸餾水洗滌2 5次，得到洗凈的微粉；
e、干燥及研磨將洗凈的微粉在100°C的溫度下、干燥5分鐘(也可以采用自然晾干等其它現有技術中的干燥方式)，除去洗凈的微粉中的水，得到干燥的微粉，再采用球磨機將干燥的微粉球磨分散、收集，即制得d5(l為300 600nm、SiO2的質量百分含量> 99. 99%、鐵雜質的含量小于2. 12ppm、招雜質的含量小于10. 06ppm的娃微粉。實施例4:
一種利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法，包括下列步驟
a、破碎以SiO2的質量百分含量>99%的脈石英原礦為原料，經破碎機(較好的是顎式破碎機)粉碎成直徑為I 2cm的脈石英原礦顆粒；
b、高溫水淬將脈石英原礦顆粒加熱至970°C的溫度、并保溫30分鐘后，迅速放入去離子水或蒸餾水中，經攪拌、過濾，得到水淬后礦石顆粒；將含有脈石英原礦顆粒表面粉塵的濾液棄去；
C、球磨酸洗將水淬后礦石顆粒放入聚氨酯球磨罐(或其它非金屬球磨罐及球磨設備)中，以鹽酸與硫酸的混合酸作為球磨介質、用瑪瑙球球磨6小時后，過濾，濾液棄去，得到微粉；
d、超聲水洗將微粉置于超聲環境(采用超聲清洗器或其它超聲清洗裝置)中、用去離子水或蒸餾水洗滌2 5次，得到洗凈的微粉；
e、干燥及研磨將洗凈的微粉在90°C的溫度下、干燥10分鐘(也可以采用自然晾干等其它現有技術中的干燥方式)，除去洗凈的微粉中的水，得到干燥的微粉，再采用球磨機將干燥的微粉球磨分散、收集，即制得d5(l為300 600nm、SiO2的質量百分含量> 99. 99%、鐵雜質的含量小于2. 12ppm、招雜質的含量小于10. 06ppm的娃微粉。實施例5:
一種利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法，包括下列步驟
a、破碎以SiO2的質量百分含量>99%的脈石英原礦為原料，經破碎機(較好的是顎式破碎機)粉碎成直徑為I 2cm的脈石英原礦顆粒；
b、高溫水淬將脈石英原礦顆粒加熱至980°C的溫度、并保溫30分鐘后，迅速放入去離子水或蒸餾水中，經攪拌、過濾，得到水淬后礦石顆粒；將含有脈石英原礦顆粒表面粉塵的濾液棄去；
C、球磨酸洗將水淬后礦石顆粒放入聚氨酯球磨罐(或其它非金屬球磨罐及球磨設備)中，以鹽酸與硫酸的混合酸作為球磨介質、用瑪瑙球球磨5小時后，過濾，濾液棄去，得到微粉；
d、超聲水洗將微粉置于超聲環境(采用超聲清洗器或其它超聲清洗裝置)中、用去離子水或蒸餾水洗滌2 5次，得到洗凈的微粉；
e、干燥及研磨將洗凈的微粉在85°C的溫度下、干燥10分鐘(也可以采用自然晾干等其它現有技術中的干燥方式)，除去洗凈的微粉中的水，得到干燥的微粉，再采用球磨機將干燥的微粉球磨分散、收集，即制得d5(l為300 600nm、SiO2的質量百分含量> 99. 99%、鐵雜質的含量小于2. 12ppm、招雜質的含量小于10. 06ppm的娃微粉。
實施例6:
ー種利用天然脈石英制備ニ氧化硅微粉的方法，包括下列步驟
a、破碎以SiO2的質量百分含量>99%的脈石英原礦為原料，經破碎機(較好的是顎式破碎機)粉碎成直徑為I 2cm的脈石英原礦顆粒；
b、高溫水淬將脈石英原礦顆粒加熱至950 1000°C的溫度、并保溫20 40分鐘后，迅速放入去離子水或蒸餾水中，經攪拌、過濾，得到水淬后礦石顆粒；將含有脈石英原礦顆粒表面粉塵的濾液棄去；
C、球磨酸洗將水淬后礦石顆粒放入聚氨酯球磨罐(或其它非金屬球磨罐及球磨設備)中，以鹽酸與硫酸的混合酸作為球磨介質、用瑪瑙球球磨4 8小時后，過濾，濾液棄去，得到微粉；
d、超聲水洗將微粉置于超聲環境(采用超聲清洗器或其它超聲清洗裝置)中、用去離子水或蒸餾水洗滌2 5次，得到洗凈的微粉；
e、干燥及研磨將洗凈的微粉在80 100°C的溫度下、干燥5 15分鐘(也可以采用自然晾干等其它現有技術中的干燥方式)，除去洗凈的微粉中的水，得到干燥的微粉，再采用球磨機將干燥的微粉球磨分散、收集，即制得d5(l為300 600nm、SiO2的質量百分含量彡99. 99%、鐵雜質的含量小于2. 12ppm、招雜質的含量小于10. 06ppm的娃微粉。上述實施例2 6中步驟c中所述鹽酸與硫酸的混合酸可以是取4 6mol/L的鹽酸、4 6mol/L的硫酸，按體積比I :1混合，即配成鹽酸與硫酸的混合酸。上述實施例2 6中步驟e中所述采用球磨機將干燥的微粉球磨較好的是采用行星式球磨機并控制行星式球磨機的轉速為300 600轉/分，球磨時間為4 8小吋。上述實施例2 6中步驟d中所述超聲水洗較好的是洗滌至洗滌微粉后的水的pH為6. 5 7. 5，即中性。上述實施例中所采用的各原料均為市售產品。上述實施例中所采用的百分比例中，未特別注明的，均為質量(重量)百分比例。上述實施例中各步驟中的エ藝參數(溫度、時間、濃度等)和各組分用量數值等為范圍的，任一點均可適用。本發明內容及上述實施例中未具體敘述的技術內容同現有技木。本發明不限于上述實施例，本發明內容所述均可實施并具有所述良好效果。
權利要求
1.一種利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法，其特征是包括下列步驟 a、破碎以SiO2的質量百分含量>99%的脈石英原礦為原料，經破碎機粉碎成直徑為I 2cm的脈石英原礦顆粒； b、高溫水淬將脈石英原礦顆粒加熱至950 1000°C的溫度、并保溫20 40分鐘后，迅速放入去離子水或蒸餾水中，經攪拌、過濾，得到水淬后礦石顆粒； C、球磨酸洗將水淬后礦石顆粒放入聚氨酯球磨罐中，以鹽酸與硫酸的混合酸作為球磨介質、用瑪瑙球球磨4 8小時后，過濾，得到微粉； d、超聲水洗將微粉置于超聲環境中、用去離子水或蒸餾水洗滌2 5次，得到洗凈的微粉； e、干燥及研磨將洗凈的微粉在80 100°C的溫度下、干燥5 15分鐘，得到干燥的微粉，再采用球磨機將干燥的微粉球磨分散、收集，即制得硅微粉。
2.按權利要求I所述利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法，其特征是步驟c中所述鹽酸與硫酸的混合酸是取4 6mol/L的鹽酸、4 6mol/L的硫酸,按體積比I :1混合，即配成鹽酸與硫酸的混合酸。
3.按權利要求I或2所述利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法，其特征是步驟e中所述采用球磨機將干燥的微粉球磨是采用行星式球磨機并控制行星式球磨機的轉速為300 600轉/分，球磨時間為4 8小時。
4.按權利要求I或2所述利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法，其特征是步驟d中所述超聲水洗是洗滌至洗滌微粉后的水的pH為6. 5 7. 5。
5.按權利要求3所述利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法，其特征是步驟d中所述超聲水洗是洗滌至洗滌微粉后的水的pH為6. 5 7. 5。
6.按權利要求I或2所述利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法，其特征是步驟a中所述破碎機是顎式破碎機。
全文摘要
本發明公開了一種利用天然脈石英制備二氧化硅微粉的方法，其特征是包括以SiO2的質量百分含量≥99%的脈石英原礦為原料，經破碎機粉碎成直徑為1～2cm的脈石英原礦顆粒；再加熱至950～1000℃的溫度、并保溫20～40分鐘后，迅速放入去離子水或蒸餾水中，經攪拌、過濾；將水淬后礦石顆粒放入聚氨酯球磨罐中，以鹽酸與硫酸的混合酸作為球磨介質、用瑪瑙球球磨后，過濾，得到微粉；將微粉置于超聲環境中、用去離子水或蒸餾水洗滌；將洗凈的微粉干燥，再采用球磨機球磨分散、收集，即制得硅微粉；該硅微粉產品可作為原材料在航空、航天、精細化工、可擦寫磁盤、特種陶瓷、大規模集成電路以及化妝品等領域有廣泛的應用前景。
文檔編號C01B33/18GK102674378SQ20121014124
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月9日 優先權日2012年5月9日
發明者劉來寶, 廖其龍, 談高 申請人:西南科技大學