CN103086382A

CN103086382A - 脉石英制备高纯石英的工艺

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Publication number: CN103086382A
Application number: CN 201210393410
Authority: CN
Inventors: 刘少云; 刘侠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明公开了一种脉石英制备高纯石英的工艺，经过脉石英原矿→激光破碎→电磁焙烧→水淬→磨粉分级→高梯磁磁选→静电选→微波络合法除杂→去离子水清洗→烘干，本发明工艺流程结构合理、除技术先进高效、易控制、杂有针对性、质量指标高、稳定性好；使高纯超细石英材料应用于新型电光源、高绝缘的封接、航空航天仪器、军工技术产品、微电子、高档光学玻璃、石英坩埚主料、石英管、石英棒这类高新技术领域。

Description

脉石英制备高纯石英的工艺

技术领域

本发明涉及一种脉石英制备高纯石英的工艺，具体地说是涉及一种脉石英制备高纯超细英材料的方法。

背景技术

高纯石英材料具有的独特的物理、化学特性，坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，硬度7，性脆无解理，贝壳状断口，密度为2.65，其热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1750℃。特别是其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律，使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振效应以及其独特的光学特性，在许多高科技产品中发挥着越来越重要的作用。高纯石英材料作为硅原料的核心原料在硅原料生产与供应中起不可替代的重要基础作用。

随着能源危机的凸显，新材料的革新，高纯超细英材料在很多高新技术领域中是不可替代的主要材料。而我国目前SiO₂≥99.99％以上的需求量越来越大，国内90％依靠国外进口，10％依靠水晶作原料，但水晶资源稀少且价格昂贵，其稳定性和二氧化硅纯度突破不了99.99％的标准。如何打破美国、德国、日本、俄罗斯等几个发达国家对我国技术的封锁，以脉石英取代天然水晶制备高纯超细英材料的技术工艺方法是本发明最大优点。

国内通常采用制备高纯超细英材料方法如：专利号：200710132668.1其工艺流程为：粗选→破碎→焙烧→水淬→磨粉分级→高梯磁磁选→酸浸泡→去离子水洗→干燥→产品。由于脉石英在成矿时因环境条件影响必定有多种微量有害杂质和其它伴生矿物。主要有非金属矿钾、钠长石、铝、云母等、金属矿赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等杂质，故此、采用该方法生产的缺点是：①、石英内在包裹体杂质没有得到有效精密去除；②、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等杂质没有得到有效精密去除；③、对难溶于酸的非金属矿杂质没有得到有效精密去除；④、整个生产流程对产品质量稳定性控制差，产品质量不稳定；⑤、SiO₂含量为99.95％，难以满足高科技产品应用要求。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种采用脉石英为原料制备高纯超石英细材料的新工艺新方法；使高纯超细石英材料应用于新型电光源、高绝缘的封接、航空航天仪器、军工技术产品、微电子、高档光学玻璃、石英坩埚主料、石英管、石英棒这类高新技术领域。

为达到上述目的，本发明的脉石英制备高纯石英的工艺是采用脉石英为原料，按下列步骤进行制备：脉石英原矿→激光破碎→电磁焙烧→水淬→磨粉分级→高梯磁磁选→静电选→微波络合法除杂→去离子水清洗→烘干；

1、对脉石英原矿进行激光破碎、使其伴生矿物与石英分离、符合焙烧粒度的要求、且使石英颗粒击穿成为无数微小洞孔；

2、对符合焙烧粒度要求的石英颗粒进行电磁焙烧、使其石英矿内含有弱磁性铁矿物(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等)变成强磁性的磁铁矿；

3、对电磁焙烧后的脉石英颗粒快速置于水中快速冷却，使其矿物内在的包裹体、汽泡、水纹受骤冷爆裂，水淬的同时降低矿物硬度；

4、对水淬后的矿物采用同质介质材料进行干法和湿法先粗磨，后超细磨分级，分为1000-3000目；

5、对超细磨分级后的石英粉进行高梯磁磁选，采用磁强为50-15000高斯的磁选设备，根据脉石英与杂质矿物的磁性差异进行物理除杂，有效去除铁矿、太铁矿类似强磁性和弱磁性的杂质；

6、对高梯磁磁选后的矿物进行静电选，针对矿物电性差异除去矿物中的非磁性矿即钾、钠长石、铝、云母这类杂质；

7、对以上1至6项，针对性除杂后的矿物进行微波络合法除杂，采用理化相结合的原理，由微波原理激活矿物内在金属杂质离子，利用微波的热量加快络合药剂与金属杂质离子快速反应，有效快速精密除去矿物中有害微量杂质元素；

8、对反应后的矿物进行去离子水清洗，进一步将残余的化学药剂和石英粉表面杂质去除，降低石英粉的导电率，使pH值达到标准；再进行烘干即制成产品。

上述步骤的具体说明：

1、原矿采用激光破碎至0.5-1.5cm，符合焙烧粒度的要求，利用激光工作原理使石英颗粒击穿成为无数微小洞孔，脉石英矿的击穿电压32-34Kv/mm，使其部分包裹体穿透破裂；

2、利用激光破碎的余热和石英颗粒击穿成为无数微小洞孔优点，缩短了焙烧时间，焙烧温度500-700℃、焙烧时间1-1.5小时，使其石英矿内含有弱磁性铁矿物(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿)变成强磁性的磁铁矿；

3、为了更有效精密去除矿物内在的包裹体、汽泡、水纹对焙烧温度500-700℃的石英颗粒置于水中急冷水淬，同时降低矿物硬度，再对水淬后的矿物采用同质介质材料进行先粗磨和再超细磨达到1000-3000目；

4、对磨后的超细石英粉采用磁强度为50-15000高斯的磁选设备，根据脉石英与杂质矿物的磁性差异进行物理除杂，有效去除铁矿、太铁矿类似强磁性和弱磁，使磁选后的产品含铁小于5ppm；

5、对高梯磁磁选后的矿物采用电压为20-30千伏静电选机，针对矿物电性差异不同除去矿物中的非磁性矿：钾、钠长石、铝、云母等杂质，使其该杂质含量小于50ppm；

6、对上述1-5项工艺处理后的超细石英粉置于微波反应罐里，再加入络合药剂：草酸、柠檬酸、小量氢氟酸进行微波络合法除杂，微波是一种高频率的电磁波(每秒24亿543磁的超高频率微波)，利用微波的强力穿透性，使石英晶体、包裹体、汽泡、水纹、裂缝、微小洞孔隙间的金属离子和溶于酸杂质快速震荡、离位、活性提高，同时在微波热量促进下与石英中的铁、钠、铅、钙、镁等离子进行有效快速精密络合反应，生产溶于水的稳定络合物；

7、上述处理后的超细石英粉主要为水洗和烘干两步，其中，水洗工序是采用去离子水洗涤，去除反应时生产溶于水的稳定络合物，以降低物料的导电率，采用微波KL-2D-40GZ型干燥机进行干燥，该设备无任何污染，快速节能，产品水分小于0.5％。

本发明的脉石英制备高纯石英的工艺与现有技术相比具有如下优异效果：

1、本发明利用国内丰富脉石英为原料，打破依靠价格昂贵且资源稀少水晶作原料，节能环保、降低了成本，替代进口，节省外汇，适应于新型电光源、高绝缘的封接、航空航天仪器、军工技术产品、微电子、高档光学玻璃、石英坩埚主料、石英管、石英棒这类高新技术领域。

2、本发明采用激光破碎、电磁焙烧、水淬、磨粉分级、高梯磁磁选、静电选、微波络合法等先进技术除杂，使其Sio2含量达到99.99-99.9998％，杂质量含＜30ppm，粒度1000-3000目，替代进口。电子、高档光学玻璃、石英坩埚主料、石英管、石英棒等行业要求。

3、本发明采用激光破碎、利用激光工作原理使石英颗粒击穿成为无数微小洞孔，使其大部分包裹体穿透破裂，电磁焙烧使其石英矿内含有弱磁性铁矿物 (赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等)变成强磁性的磁铁矿有利下一步高梯磁磁选有效快速精密除去矿物中有害微量杂质。

4、本发明采用了静电选矿，争对矿物电性差异不同除去矿物中的非磁性矿：钾、钠长石、铝、云母这类杂质。

5、本发明利用微波的强力穿透性，使石英晶体、包裹体、汽泡、水纹、裂缝、微小洞孔隙间的金属离子和溶于酸杂质快速震荡、离位、活性提高，同时在微波热量促进下与石英中的微量铁、钠、铅、钙、镁等离子进行有效快速精密络合反应，生产溶于水的稳定络合物，通过固液分离、去离子水洗涤达到有效快速精密除杂目的。

6、工艺流程结构合理、除技术先进高效、易控制、杂有针对性、质量指标高、稳定性好。

附图说明

图1为工艺流程图。

具体实施方式

下面结合本发明的工艺流程图对本发明作进一步的详细说明。

1、采用江西奉新县脉石英原矿含量Sio2≥98.26％～Sio2≥99.2％，杂质含量为1.5～0.7％，原矿尺寸为≤10cm左右；

2、采用激光破碎、把原矿尺寸为≤10cm破碎至0.5-1.5cm，使其伴生矿物与石英分离、且使石英颗粒击穿成为无数微小洞孔；

3、采用电磁焙烧、把破碎至0.5-1.5cm的石英颗粒置于电磁焙烧炉中，利用激光破碎的余热进行焙烧，焙烧温度500-700℃，时间1-1.5小时使其石英矿内含有弱磁性铁矿物(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等)变成强磁性的磁铁矿；

4、采用水淬、对电磁焙烧温度500-700℃的石英颗粒置于水中急冷水淬，使其矿物内在的包裹体、汽泡、水纹受急冷爆裂，水淬的同时降低矿物硬度；

5、采用同质介质材料的高硅内衬球磨机进行先粗磨100-200目，再用同质介质材料的高硅内衬超细磨机进行超细磨达到1000-3000目；

6、采用高梯磁磁选、磁强度为50-15000高斯的磁选设备，根据脉石英与杂质矿物的磁性差异进行物理除杂，有效去除铁矿、太铁矿类似强磁性和弱磁，使磁选后的产品含铁小于5ppm；

7、采用静电选、对高梯磁磁选后的矿物采用电压为20-30千伏静电选机，争对矿物中电性差异不同除去矿物中的非磁性矿：钾、钠长石、铝、云母这类杂质，使其该杂质含量小于50ppm；

8、采用微波络合法除杂、对上述1-7项工艺处理后的超细石英粉置于微波反应罐里，再加入络合药剂：草酸、柠檬酸、小量氢氟酸进行微波络合法除杂，药剂比例为：石英粉∶水＝草酸∶柠檬酸∶氢氟酸(均为工业用)，即1吨石英粉加入2吨水，石英粉和水的总重量加入3-6％草酸、7-10％柠檬酸，加入2-4％氢氟酸，在微波反应罐里恒温至50-70℃、反应1-2小时，微波是一种高频率的电磁波(每秒24亿543磁的超高频率微波)，利用微波的强力穿透性，使石英晶体、包裹体、汽泡、水纹、裂缝、微小洞孔隙间的金属离子和溶于酸杂质快速震荡、离位、活性提高，同时在微波热量促进下与石英中的铁、钠、铅、钙、铝、镁等离子进行有效快速精密络合反应，生产溶于水的稳定络合物，通过固液分离达到除杂目的，杂质总量降至小于30ppm；

9、采用去离子水洗，有效去除反应时生产溶于水的稳定络合物，同时降低物料的导电率，去离子水用量与产品比例8∶1，电导率：1u·m；

10、采用微波KL-2D-40GZ型干燥机在温度180-260℃进行干燥，该设备无任何污染，快速节能，产品水分小于0.3％。；

11、产品的主要质量指标分析：

AI13.4ppm、Ca1.1ppm、Fe0.7ppm、Li1.3ppm、

Mn＜0.1ppm、Ti0.1ppm、B＜0.1ppm Cu＜0.1ppm、

K0.9ppm、Mg0.3ppm、Na1.2ppm、Ni＜0.1ppm。

Sio2≥99.99％-99.9998％，杂质总量＜18.4ppm。

电导率：1u·m。

工艺过程原理说明：

①、激光破碎利用激光工作原理使石英颗粒击穿成为无数微小洞孔，使其大部分包裹体穿透破裂。

②、电磁焙烧使其石英矿内含有弱磁性铁矿物(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等)变成强磁性的磁铁矿。

③、高梯磁磁选根据脉石英与杂质矿物的磁性差异进行物理除杂，有效去除铁矿、太铁矿类似强磁性和弱磁。

④、静电选争对矿物电性差异不同除去矿物中的非磁性矿：钾、钠长石、铝、云母这类杂质。

⑤、微波络合法除杂利用理化相结合的原理，由微波原理激活矿物内在金属杂质离子，利用微波的热量加快络合药剂与金属杂质离子快速反应，有效快速精密除去矿物中有害微量杂质元素。

⑥、去离子水洗涤，去除反应时生产溶于水的稳定络合物，同时降低物料的导电率。

生产说明：

①、激光破碎、使其伴生矿物与石英分离、符合焙烧粒度的要求、且使石英颗粒击穿成为无数微小洞孔。

②、电磁焙烧、使其石英矿内含有弱磁性铁矿物(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等)变成强磁性的磁铁矿。

③、静电选，除去矿物中的钾、钠长石、铝、云母等杂质。

④、微波络合法除杂、激活矿物内在金属杂质离子，加快络合药剂与金属杂质离子快速反应。

⑤、先采用物理原理对矿物的除杂，再次利用物理原理结合化学药剂反应原理同时同步有效快速精密除杂。

⑥、采用上述①至⑤项技术特点使脉石英制备高纯石英材料SiO₂≥99.99-99.9998％。

Claims

1.一种脉石英制备高纯石英的工艺，经过脉石英原矿→激光破碎→电磁焙烧→水淬→磨粉分级→高梯磁磁选→静电选→微波络合法除杂→去离子水清洗→烘干，其特征在于

(1)对脉石英原矿进行激光破碎、使其伴生矿物与石英分离、符合焙烧粒度的要求、且使石英颗粒击穿成为无数微小洞孔；

(2)对符合焙烧粒度要求的石英颗粒进行电磁焙烧、使其石英矿内含有弱磁性铁矿物(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等)变成强磁性的磁铁矿；

(3)对电磁焙烧后的脉石英颗粒快速置于水中快速冷却，使其矿物内在的包裹体、汽泡、水纹受骤冷爆裂，水淬的同时降低矿物硬度；

(4)对水淬后的矿物采用同质介质材料进行干法和湿法先粗磨，后超细磨分级，分为1000-3000目；

(5)对超细磨分级后的石英粉进行高梯磁磁选，采用磁强为50-15000高斯的磁选设备，根据脉石英与杂质矿物的磁性差异进行物理除杂，有效去除铁矿、太铁矿类似强磁性和弱磁性的杂质；

(6)对高梯磁磁选后的矿物进行静电选，针对矿物电性差异除去矿物中的非磁性矿即钾、钠长石、铝、云母这类杂质；

(7)对以上1至6项，针对性除杂后的矿物进行微波络合法除杂，采用理化相结合的原理，由微波原理激活矿物内在金属杂质离子，利用微波的热量加快络合药剂与金属杂质离子快速反应，有效快速精密除去矿物中有害微量杂质元素；

(8)对反应后的矿物进行去离子水清洗，进一步将残余的化学药剂和石英粉表面杂质去除，降低石英粉的导电率，使pH值达到标准；再进行烘干即制成产品。

2.根据权利要求1所述的脉石英制备高纯石英的工艺，其特征在于

(1)采用江西奉新县脉石英原矿含量Sio2≥98.26％～Sio2≥99.2％，杂质含量为1.5～0.7％，原矿尺寸为≤10cm左右；

(2)采用激光破碎、把原矿尺寸为≤10cm破碎至0.5-1.5cm，使其伴生矿物与石英分离、且使石英颗粒击穿成为无数微小洞孔；

(3)采用电磁焙烧、把破碎至0.5-1.5cm的石英颗粒置于电磁焙烧炉中，利用激光破碎的余热进行焙烧，焙烧温度500-700℃，时间1-1.5小时使其石英矿内含有弱磁性铁矿物(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等)变成强磁性的磁铁矿；

(4)采用水淬、对电磁焙烧温度500-700℃的石英颗粒置于水中急冷水淬，使其矿物内在的包裹体、汽泡、水纹受急冷爆裂，水淬的同时降低矿物硬度；

(5)采用同质介质材料的高硅内衬球磨机进行先粗磨100-200目，再用同质介质材料的高硅内衬超细磨机进行超细磨达到1000-3000目；

(6)采用高梯磁磁选、磁强度为50-15000高斯的磁选设备，根据脉石英与杂质矿物的磁性差异进行物理除杂，有效去除铁矿、太铁矿类似强磁性和弱磁，使磁选后的产品含铁小于5ppm；

(7)采用静电选、对高梯磁磁选后的矿物采用电压为20-30千伏静电选机，针对矿物中电性差异不同除去矿物中的非磁性矿：钾、钠长石、铝、云母这类杂质，使其该杂质含量小于50ppm；

(8)采用微波络合法除杂、对上述1-7项工艺处理后的超细石英粉置于微波反应罐里，再加入络合药剂：草酸、柠檬酸、小量氢氟酸进行微波络合法除杂〔药剂比例为：石英粉∶水＝草酸∶柠檬酸∶氢氟酸，即、1吨石英粉加入2吨水，石英粉和水的总重量加入3-6％草酸、7-10％柠檬酸，加入2-4％氢氟酸，在微波反应罐里恒温至50-70℃、反应1-2小时〕。微波是一种高频率的电磁波(每秒24亿543磁的超高频率微波)，利用微波的强力穿透性，使石英晶体、包裹体、汽泡、水纹、裂缝、微小洞孔隙间的金属离子和溶于酸杂质快速震荡、离位、活性提高，同时在微波热量促进下与石英中的铁、钠、铅、钙、铝、镁等离子进行有效快速精密络合反应，生产溶于水的稳定络合物，通过固液分离达到除杂目的，杂质总量降至小于30ppm；

(9)采用去离子水洗，有效去除反应时生产溶于水的稳定络合物，同时降低物料的导电率，去离子水用量与产品比例8∶1，电导率：1u·m；

(10)采用微波KL-2D-40GZ型干燥机在温度180-260℃进行干燥，该设备无任何污染，快速节能，产品水分小于0.3％。

3.根据权利要求1所述的脉石英制备高纯石英的工艺，其特征在于

(1)激光破碎、使其伴生矿物与石英分离、符合焙烧粒度的要求、且使石英颗粒击穿成为无数微小洞孔；

(2)电磁焙烧、使其石英矿内含有弱磁性铁矿物(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等)变成强磁性的磁铁矿；

(3)静电选，除去矿物中的钾、钠长石、铝、云母这类杂质；

(4)微波络合法除杂、激活矿物内在金属杂质离子，加快络合药剂与金属杂质离子快速反应；

(5)先采用物理原理对矿物的除杂，再次利用物理原理结合化学药剂反应原理同时同步有效快速精密除杂；

(6)采用以上①至⑤项技术使脉石英制备高纯石英材料SiO₂≥99.99-99.9998％。