CN116605883A - 一种白云母型花岗岩石英制备4n7级高纯石英砂的方法 - Google Patents

一种白云母型花岗岩石英制备4n7级高纯石英砂的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116605883A
CN116605883A CN202211092092.1A CN202211092092A CN116605883A CN 116605883 A CN116605883 A CN 116605883A CN 202211092092 A CN202211092092 A CN 202211092092A CN 116605883 A CN116605883 A CN 116605883A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quartz
quartz sand
purity
leaching
grade high
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211092092.1A
Other languages
English (en)
Inventor
马亚梦
张海啟
伊跃军
刘广学
刘磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources CAGS
Original Assignee
Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources CAGS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources CAGS filed Critical Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources CAGS
Priority to CN202211092092.1A priority Critical patent/CN116605883A/zh
Publication of CN116605883A publication Critical patent/CN116605883A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提出了一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，所述方法，包括以下步骤：石英原矿经分选后得到石英精矿，石英精矿经加热酸浸、洗涤、干燥，得到初级石英砂；将初级石英砂进行煅烧、常温水淬和干燥，得到中间矿物；将中间矿物加入到氧化或还原体系酸中，先进行超声波常温酸浸，然后进行加热酸浸，得到浸出液和浸出渣；将浸出渣进行超声波洗涤、干燥，得到4N7级高纯石英砂。本发明方法能显著降低白云母型花岗岩石英中杂质元素的含量，获得SiO2≥99.997％的高纯石英砂产品，制备方法工艺简单、能耗低、易于操作，该方法有效解决了现有技术中微细粒白云母去除困难的问题。

Description

一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法
技术领域
本发明涉及高纯石英砂制备技术领域，特别是指一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法。
背景技术
高纯石英广泛应用于半导体芯片、光纤、光伏、光学、电光源等领域，是新一代信息技术、新能源、节能环保等战略性新兴产业的关键基础材料。由于石英颗粒大、气液包裹体少等优点，高纯石英主要来自于花岗岩和伟晶岩，少量来自热液脉和石英岩。花岗质伟晶岩中一般含有较多的白云母，大部分白云母可通过重选、浮选去除，但高端高纯石英对石英纯度的要求极高，如何最大限度的去除微细粒级白云母成为了花岗质伟晶岩高纯石英提纯的关键。
目前高纯石英砂的提纯方法有很多，专利CN 111874914 A采用“磨矿-浮选-焙烧水淬-热压酸浸”的工艺流程，该方法浸出温度较高，浸出压力大，操作困难，且制备的是4N级高纯石英砂。专利CN 112777600 A采用“石英预处理-表面杂质清洗-表面杂质缺陷增加-石英晶格金属杂质的扩散偏聚-表面杂质偏聚区剥蚀”的工艺流程制备了4N6级别高纯石英砂，该方法重点在于研究晶格，对高纯石英中存在的微细粒杂质矿物未进行研究，导致虽然杂质元素Al降低至7.8μg/g，但K、Na等其他元素含量高，其中Na更是高达10μg/g以上，高纯石英对碱金属的要求极高，制备出的4N6级别高纯石英砂不能够满足相关产品的应用标准。因此，研发工艺简单、能耗低、易于操作，能够有效去除微细粒白云母，制备出SiO2纯度≥99.997％的高纯石英砂的生产方法，具有重要的经济效益和现实意义。
发明内容
本发明提出一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，该方法能显著降低白云母型花岗岩石英中杂质元素的含量，获得SiO2≥99.997％的高纯石英砂产品，制备方法工艺简单、能耗低、易于操作，该方法有效解决了现有技术中微细粒白云母去除困难的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，包括以下步骤：
(1)石英原矿经分选后得到石英精矿，石英精矿经加热酸浸、洗涤、干燥，得到初级石英砂；
(2)将初级石英砂进行煅烧、常温水淬和干燥，得到中间矿物；
(3)将中间矿物加入到氧化或还原体系酸中，先进行超声波常温酸浸，然后进行加热酸浸，得到浸出液和浸出渣；
(4)将浸出渣进行超声波洗涤、干燥，得到4N7级高纯石英砂。
进一步地，步骤(2)中，煅烧温度为600～700℃，随炉升温，保温时间≥1h，煅烧后立刻进行常温水淬。
进一步地，步骤(1)中，酸浸采用混合酸，混合酸包括HCl和HF，混合酸中HCl的浓度为2～4mol/L，HF的浓度为0.5～2mol/L，同时HCl和HF的摩尔浓度比为2:1～5:1，混合酸和石英精矿的液固比为≥3ml:1g。
进一步地，步骤(3)中，氧化或还原体系酸采用混合酸，混合酸包括HCl和HF，以及HNO3和H2C2O4中的一种，其中HNO3或H2C2O4的浓度为0.5-1mol/L，HCl的浓度为2～4mol/L，HF的浓度为0.5～2mol/L，同时HNO3或H2C2O4和HCl的摩尔浓度总和与HF的摩尔浓度比为2:1～5:1，混合酸和石英精矿的液固比≥3ml:1g。
进一步地，步骤(3)中，超声波功率为1000-1200W，超声波混合酸浸时间为0.5～1.5h，浸出温度为室温。
进一步地，步骤(1)中，加热酸浸的温度为60～95℃，浸出时间为4～8h。
进一步地，步骤(3)中，加热酸浸的温度为60～95℃，浸出时间为4～8h。
进一步地，步骤(4)中，超声波洗涤采用超纯水，洗涤至检测不到Cl-。
进一步地，步骤(1)中，石英精矿SiO2的含量≥99.9wt％，粒度0.10～0.25mm。
进一步地，所述4N7级高纯石英砂中SiO2的含量≥99.997wt％。
所述的白云母型花岗岩石英中白云母含量为5％～15％。
本发明的有益效果：
(1)本发明先加热酸浸然后在煅烧，且煅烧温度控制在600～700℃，一方面采用加热酸浸以最大限度的去除杂质矿物，避免在杂质含量较高时，高温煅造成Al、Fe等杂质元素进入晶格，从而影响杂质元素的去除；另一方面煅烧温度控制在600～700℃，避免煅烧温度过高，形成新的物象会造成高纯石英中的杂质难以有效地去除，如煅烧温度在700℃～1000℃区间，白云母会逐渐脱除羟基，晶胞内原子位置发生改变，导致片层分离，形成长石、石英等物象，导致其难以去除；1000～1150℃区间，白云母晶体结构被完全破坏，重构为莫来石、三氧化二铝和大量无定型硅氧化合物混合的熔融物。
(2)石英在高温煅烧状态下会发生晶型转变，在常压条件下，升温至573℃附近，石英Si-O键键角会发生位移型转变，α-石英迅速转变为β-石英；继续升温至870℃，β-石英会逐步转变为β-鳞石英，该转变晶格结构变化更大。石英经过这两个晶型转化点时，经高温煅烧-急速水淬，会产生大量的裂纹，现阶段，大多数试验研究结果是利用石英第二个晶型转变温度，将高温焙烧温度定为900℃，因晶格结构变化更大，利于大量裂纹的产生，本发明在加热酸浸后，利用第一个晶型转变温度，进行600～700℃煅烧-水淬，在白云母层状结构未被破坏的同时，使包裹体和裂隙中的杂质暴露于颗粒表面，易于后续酸浸除去。
(3)石英原料经煅烧-水淬后，在HCl和HF混合体系下，加入HNO3形成氧化体系，可以与HCl进行耦合，增加了混合体系的强酸性和强氧化性；加入H2C2O4形成还原体系，可产生络合作用，促进其化学反应的进行。氧化体系和还原体系均能够极大的提高浸出效率，明显的降低石英精矿中Al、Ca、Na等杂质元素的含量。
(4)在高温浸出前，进行常温常压超声辅助酸浸，利用超声波在液体中的空化作用，加速石英精矿与酸之间的化学反应速度，缩短石英与酸液的反应时间，提高了酸浸效果和能力，同时可以减少搅拌机磨损造成的污染。
(5)本发明的方法相较于其他常温常压化学提纯方法相比，煅烧温度低、能耗少；浸出酸用量小、浸出时间短。与热压化学提纯相比，工艺简单、安全且易于操作、能耗低。本专利方法相较于其他化学提纯方法，Al、Ca、Na、等金属元素的去除率更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明制备4N7级高纯石英砂的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，包括以下步骤：
(1)石英原矿经磨矿分级、重选、磁选和浮选后得到石英精矿，石英精矿SiO2的含量≥99.9wt％，粒度0.10～0.25mm，石英原矿为白云母型花岗岩石英，白云母含量5％～15％；石英精矿经加热酸浸，酸浸后对浸出产物进行反复的洗涤，洗涤至洗水用AgNO3检测无Cl-，置于105℃烘箱中干燥，得到初级石英砂；
(2)将初级石英砂经煅烧后，立刻进行常温水淬，然后置于105℃烘箱中干燥，得到中间矿物；
(3)将中间矿物加入到氧化或还原体系酸中，先进行超声波常温酸浸，然后进行加热酸浸，得到浸出液和浸出渣；
(4)将浸出渣进行超声波洗涤，洗涤采用超纯水，超声波功率为500-1200W，超声波洗涤次数1～3次，每次时间为10～30min，洗涤至洗水用AgNO3检测无Cl-，置于105℃烘箱中干燥，得到4N7级高纯石英砂。
步骤(2)中，煅烧温度为600～700℃，随炉升温，保温时间≥1h，煅烧后立刻进行常温水淬。选择此温度范围的优点是在白云母层状结构未被破坏的同时，使包裹体和裂隙中的杂质暴露于颗粒表面，易于酸浸除去。进一步地，所述煅烧温度可以为600℃、625℃、650℃、675℃和700℃。进一步地，所述煅烧时间可以为1h、2h、3h或4h。
步骤(1)中，酸浸采用混合酸，混合酸包括HCl和HF，混合酸中HCl的浓度为2～4mol/L，HF的浓度为0.5～2mol/L，同时HCl和HF的摩尔浓度比为2:1～5:1，混合酸和石英精矿的液固比为≥3ml:1g。
步骤(3)中，氧化或还原体系酸采用混合酸，混合酸包括HCl和HF，以及HNO3和H2C2O4中的一种，其中HNO3或H2C2O4的浓度为0.5-1mol/L，HCl的浓度为2～4mol/L，HF的浓度为0.5～2mol/L，同时HNO3或H2C2O4和HCl的摩尔浓度总和与HF的摩尔浓度比为2:1～5:1，混合酸和石英精矿的液固比≥3ml:1g。进一步地，所述HNO3的浓度可以为0.5mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、1mol/L等。进一步地，所述H2C2O4的浓度可以为0.5mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、1mol/L等。进一步地，所述HF的浓度可为0.5mol/L、0.1mol/L、1.5mol/L、2mol/L等。进一步地，所述HCl的浓度可以为2mol/L、3mol/L、4mol/L等。
步骤(3)中，超声波常温酸浸是在常温常压下进行的，超声波功率为1000-1200W，超声波混合酸浸时间为0.5～1.5h。进一步地，所述的超声波功率可以为1000W、1100W、1200W等。进一步地，所述的超声波混合酸浸时间可以为0.5h、1h、1.5h等。
步骤(1)和(3)中，加热酸浸的温度为60～95℃，浸出时间为4～8h；进一步地，所述的浸出温度可以为60℃、70℃、80℃、90℃等。进一步地，所述的浸出时间可以为4h、5h、6h、7h、8h等。
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中所用的石英原料为经过物理分选的SiO2含量≥99.9％的石英精矿，原矿类型为富含白云母的花岗岩型高纯石英。某石英精矿的各杂质元素含量如表1所示。
表1石英精矿杂质元素及石英含量
表2 4N7级高纯石英砂制备实施条件汇总
表3高纯石英杂质元素及石英含量
由表3可以看出，实施例1～5均能够制备4N7级高纯石英砂。
对比例1～2在进行步骤(2)之前，均未进行进行步骤(1)，对比例煅烧温度为950℃，在此温度下，白云母会逐渐脱除羟基，晶胞内原子位置发生改变，导致片层分离，形成新的难易去除的物象，导致制备的高纯石英砂纯度降低；对比例2煅烧温度为650℃，虽然在此温度下，对白云母晶体结构、光学性质、表面形貌等影响较小，石英砂的纯度高于对比例1，但是在杂质含量较高时，高温煅烧易造成杂质元素进入晶格，从而影响杂质元素的去除。因此，先加热酸浸然后在煅烧，且煅烧温度控制在600～700℃，有利于提高杂质去除的效果。
对比例3煅烧温度为950℃，虽然经过步骤(1)去除了大部分杂质，但还存在部分以微细粒或包裹体存在的云母矿物，经950℃高温煅烧，导致片层分离，形成新的难易去除的物象；同时950℃煅烧较600℃煅烧耗能高，不利于具体操作实施和经济效益。
对比例4步骤(3)未用超声波常温浸出，直接进行高温混合酸浸，高纯石英砂制备效果不如实施例1～5，说明超声波的空化作用对浸出有促进作用；对比例5步骤(3)未采用氧化/还原体系进行混合酸浸，高纯英砂制备效果不如实施例1～5，说明添加氧化/还原剂能够明显的促进杂质元素的去除。
本发明提出一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法实施制得的4N级高纯石英砂的SiO2含量均达到99.997wt％以上，制得的高纯石英砂能满足行业对高纯石英砂的需求，制备方法工艺简单、能耗低、易于操作，该方法有效解决了现有技术中微细粒白云母去除困难的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)石英原矿经分选后得到石英精矿，石英精矿经加热酸浸、洗涤、干燥，得到初级石英砂；
(2)将初级石英砂进行煅烧、常温水淬和干燥，得到中间矿物；
(3)将中间矿物加入到氧化或还原体系酸中，先进行超声波常温酸浸，然后进行加热酸浸，得到浸出液和浸出渣；
(4)将浸出渣进行超声波洗涤、干燥，得到4N7级高纯石英砂。
2.根据权利要求1所述的一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：步骤(2)中，煅烧温度为600～700℃，随炉升温，保温时间≥1h，煅烧后立刻进行常温水淬。
3.根据权利要求1或2所述的一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：步骤(1)中，酸浸采用混合酸，混合酸包括HCl和HF，混合酸中HCl的浓度为2～4mol/L，HF的浓度为0.5～2mol/L，同时HCl和HF的摩尔浓度比为2:1～5:1，混合酸和石英精矿的液固比为≥3ml:1g。
4.根据权利要求1所述的一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：步骤(3)中，氧化或还原体系酸采用混合酸，混合酸包括HCl和HF，以及HNO3和H2C2O4中的一种，其中HNO3或H2C2O4的浓度为0.5-1mol/L，HCl的浓度为2～4mol/L，HF的浓度为0.5～2mol/L，同时HNO3或H2C2O4和HCl的摩尔浓度总和与HF的摩尔浓度比为2:1～5:1，混合酸和石英精矿的液固比≥3ml:1g。
5.根据权利要求1所述的一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：步骤(3)中，超声波功率为1000-1200W，超声波混合酸浸时间为0.5～1.5h，浸出温度为室温。
6.根据权利要求1所述的一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：步骤(1)中，加热酸浸的温度为60～95℃，浸出时间为4～8h。
7.根据权利要求1所述的一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：步骤(3)中，加热酸浸的温度为60～95℃，浸出时间为4～8h。
8.根据权利要求1所述的一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：步骤(4)中，超声波洗涤采用超纯水，洗涤至检测不到Cl-。
9.根据权利要求1所述的一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：步骤(1)中，石英精矿SiO2的含量≥99.9wt％，粒度0.10～0.25mm。
10.根据权利要求1所述的一种白云母型花岗岩石英制备4N7级高纯石英砂的方法，其特征在于：所述4N7级高纯石英砂中SiO2的含量≥99.997wt％。
CN202211092092.1A 2022-09-08 2022-09-08 一种白云母型花岗岩石英制备4n7级高纯石英砂的方法 Pending CN116605883A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211092092.1A CN116605883A (zh) 2022-09-08 2022-09-08 一种白云母型花岗岩石英制备4n7级高纯石英砂的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211092092.1A CN116605883A (zh) 2022-09-08 2022-09-08 一种白云母型花岗岩石英制备4n7级高纯石英砂的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116605883A true CN116605883A (zh) 2023-08-18

Family

ID=87675185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211092092.1A Pending CN116605883A (zh) 2022-09-08 2022-09-08 一种白云母型花岗岩石英制备4n7级高纯石英砂的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116605883A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117566748A (zh) * 2023-10-09 2024-02-20 中南大学 以黑滑石制备石英砂的方法及应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117566748A (zh) * 2023-10-09 2024-02-20 中南大学 以黑滑石制备石英砂的方法及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110510620B (zh) 高纯石英砂尾矿的提纯方法
CN111153409B (zh) 一种利用微波加热和超声辅助酸浸除铁提纯石英砂的方法
CN107555426B (zh) 一种低能耗大批量制备高纯微晶石墨工艺及其高纯微晶石墨
CN102674372B (zh) 一种超低金属元素高纯石英的提纯方法
CN106000621B (zh) 一种氯化-酸浸复合提纯石英砂的方法
CN106082239B (zh) 一种高纯低铁石英砂提纯制备方法
CN112010317B (zh) 一种微波-真空联合焙烧提纯石英砂的方法
CN104340981A (zh) 一种高纯石英砂制备方法
CN116605883A (zh) 一种白云母型花岗岩石英制备4n7级高纯石英砂的方法
CN101306826A (zh) 一种从粉煤灰或炉渣中提取冶金级氧化铝的方法
CN104986773A (zh) 一种超白玻璃用石英原料提纯工艺
CN109081352A (zh) 一种超纯石英砂及其提纯工艺
CN101920959A (zh) 一种线切割用碳化硅微粉的提纯净化工艺
CN114853025B (zh) 一种以硅灰为原料制备高纯二氧化硅的方法
CN108892146A (zh) 一种含硅铝物料的脱硅方法
Shao et al. Prepare and mechanism of high purity quartz by alkali corrosion and acid leaching process using vein quartz
CN111874913B (zh) 一种氯化焙烧提纯石英的方法
CN111908476B (zh) 一种石英砂加压氯化浸出的提纯方法
CN114620733B (zh) 一种超导高强磁耦合石英矿低碳绿色SiO2精提纯的方法
CN115709999A (zh) 一种从花岗伟晶岩中提取高纯石英砂的方法
CN115140741B (zh) 一种以花岗伟晶岩为原料制备4N及4N以上的SiO2石英砂的方法
CN114392836B (zh) 一种高纯石英砂的加工工艺
CN113184854B (zh) 一种回收太阳能级硅金刚线切割废料的方法
CN115872407A (zh) 一种4n级高纯石英砂的制备方法
CN113548666A (zh) 一种亚微米级碳化硅粉体的除铁工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination