本發(fā)明涉及一種廢硅石制備高純石英砂的方法，屬于廢硅石提純利用。

背景技術(shù)：

1、硅石是脈石英、石英巖、石英砂巖的總稱，主要用于冶金工業(yè)硅冶煉的原料，其主要成分為sio2；石英砂為硅石破碎后加工的石英顆粒，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于玻璃、鍛造、陶瓷、冶煉等領(lǐng)域；高純石英砂甚至在許多高科技產(chǎn)品中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，其高檔產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路，光伏領(lǐng)域，精密電子器件，航空航天等行業(yè)中。

2、目前高純石英砂的生產(chǎn)主要依賴于天然高品位硅石，一般要求在99％以上，硅石形成過(guò)程中，伴生多種雜質(zhì)礦物，其中許多種元素直接影響后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量，傳統(tǒng)工藝提純石英砂，主要為清洗、破碎、研磨、酸浸等獲得高純石英砂，工藝復(fù)雜且大部分方法會(huì)使用氫氟酸、硫酸、硝酸、鹽酸等無(wú)機(jī)酸作為浸出劑，浸出液不易處理，嚴(yán)重污染環(huán)境；如專利一種高純石英砂提純工藝(公開(kāi)號(hào)為：cn118183764a)，具體步驟如下：

3、s1、石英砂原料破碎：將石英砂原料通過(guò)電振機(jī)進(jìn)行振動(dòng)下料并輸送入顎式破碎機(jī)，在顎式破碎機(jī)經(jīng)過(guò)一級(jí)破碎之后，石英砂原料經(jīng)過(guò)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)送到反擊破碎機(jī)，之后通過(guò)反擊式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎，破碎完成后由皮帶機(jī)運(yùn)送到回轉(zhuǎn)篩，在篩選過(guò)后，粗料應(yīng)該經(jīng)由皮帶機(jī)再次運(yùn)送到反擊式破碎機(jī)，反擊式破碎機(jī)繼續(xù)進(jìn)行破碎，細(xì)料通過(guò)皮帶機(jī)輸送入庫(kù)；

4、s2、微波加熱酸洗：將石英砂細(xì)料，使用微波加熱石英砂細(xì)料，加熱保持穩(wěn)定的酸洗溫度，配制一定濃度的混酸，將混酸加入石英砂細(xì)料中并持續(xù)攪拌；

5、s3、超聲波擦洗：準(zhǔn)備清洗液，在清洗液中應(yīng)該加入適量的清洗劑，將需要清洗的石英砂放入超聲波清洗機(jī)的清洗槽中進(jìn)行擦洗，在超聲波作用下，粘附在顆粒表面的鐵雜質(zhì)便脫落下來(lái)進(jìn)入液相，從而達(dá)到除鐵的目的；

6、s4、浮選：將擦洗完成后的石英砂倒入浮選機(jī)中進(jìn)行浮選從而去除硅石礦物原材料中的長(zhǎng)石、云母等非磁性伴生雜質(zhì)礦物；

7、s5、磁選：對(duì)石英砂采取干式磁選初選，除去含鐵礦物及其連生體顆粒；

8、s6、微波酸浸：將石英砂料使用微波加熱，將上述步驟s2中的混酸加入并持續(xù)攪拌，微波酸洗時(shí)間設(shè)置為45min，微波酸浸過(guò)程中持續(xù)攪拌，利用沖擊波或顆粒間相互碰撞摩擦，使溶解出的可溶性雜質(zhì)化合物不沉積在砂粒表面，增大反應(yīng)的接觸面積，提高酸浸除雜；

9、s7、微波煅燒爆裂、酸浸、水洗：采納高溫煅燒使氣體包裹體炸裂，再經(jīng)過(guò)酸洗和水洗來(lái)去除包裹體。熱爆裂法除去二氧化硅微粉中雜質(zhì)，達(dá)到高純石英砂提純效果。

10、高品位硅石礦脈日益減少，如何以低品位硅石為原料通過(guò)簡(jiǎn)單處理獲得高純石英砂的技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。但目前關(guān)于以低品位硅石為原料通過(guò)簡(jiǎn)單處理獲得高純石英砂的技術(shù)還現(xiàn)有報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明首次嘗試以不含氟的酸配合浸出催化劑，在較短的工藝流程下，得到了高純石英砂。

2、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，包括下述步驟：

3、步驟一

4、將待處理硅石置于燒結(jié)爐中，升溫至600～1000℃下焙燒，焙燒后加入淬火劑中進(jìn)行淬火，得到淬火后的硅石；

5、步驟二

6、將淬火后的硅石加入到混酸溶液中，加入催化劑，進(jìn)行浸出，浸出后，進(jìn)行固液分離，得到固相，所述固相由催化劑和浸出后的硅石組成；所述催化劑選自聚四氟烯、聚丙烯、高密度聚乙烯中的至少一種；所述催化劑顆粒的尺寸大于淬火后硅石的尺寸；對(duì)所述固相進(jìn)行干燥處理后，振動(dòng)篩分，分離得到浸出后的干燥硅石；浸出后的干燥硅石用水清洗后，進(jìn)行干燥處理，得到高純石英砂；混酸溶液由草酸、檸檬酸、醋酸、抗壞血酸中的至少兩種組成；混酸溶液的ph值小于等于1.5。

7、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，待處理硅石中sio2的含量為90～99wt.％。

8、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，待處理硅石的粒徑小于等于60目、優(yōu)選為60-300目。

9、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，步驟一中的焙燒時(shí)間為3～5h。

10、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，步驟一中的焙燒溫度進(jìn)一步優(yōu)選為600～900℃，而且在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其配合后續(xù)的制度(包括采用低濃度有機(jī)酸水淬)，可以做到在600～700℃焙燒，也能取得極為優(yōu)異的效果。

11、步驟一中，焙燒完成后，倒入淬火劑中進(jìn)行淬火，抽濾干燥后得到淬火后的石英砂。淬火過(guò)程中待處理石英砂得到再次破碎。淬火劑為水或含有有機(jī)酸的水。作為進(jìn)一步的優(yōu)選有機(jī)酸的濃度為0.1～2wt％。當(dāng)淬火劑含有有機(jī)酸的水時(shí)，其不僅僅可以起到破碎的作用，而且還能利用焙燒后的溫度進(jìn)行第一次快速除雜。更為關(guān)鍵的是，其所產(chǎn)生的破碎顆粒中，裂紋的數(shù)目會(huì)增多。有機(jī)酸選自草酸、檸檬酸、醋酸、抗壞血酸中的至少一種。

12、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，步驟二中，當(dāng)混合酸中含有草酸時(shí)，草酸的濃度為2～10wt％；當(dāng)混合酸中含有檸檬酸時(shí)，檸檬酸的濃度為1～5wt％；當(dāng)混合酸中含有醋酸時(shí)，醋酸的濃度為2～8wt％；當(dāng)混合酸中含有抗壞血酸時(shí)，抗壞血酸的濃度為1～6wt％。

13、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，步驟二中，混合酸由草酸、檸檬酸、醋酸、抗壞血酸中的至少三種組成。作為更進(jìn)一步的優(yōu)選，步驟二中，混合酸由草酸、檸檬酸、醋酸、抗壞血酸組成。

14、作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，步驟二中，混合酸中，草酸濃度為8-10wt％、檸檬酸濃度為4-5wt％、醋酸濃度為6-8wt％、抗壞血酸濃度為4-6wt％；

15、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，步驟二中，催化劑優(yōu)選為聚四氟乙烯，其用量為：1公斤待處理硅石添加0.5-10g、優(yōu)選為1-6g、更進(jìn)一步優(yōu)選為4-6g聚四氟乙烯，聚四氟乙烯成顆粒狀，其直徑為0.5～7mm。

16、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，步驟二中，浸出的溫度為50℃～90℃，浸出時(shí)間為大于等于1h、優(yōu)選為1～6h。

17、步驟二中，浸出時(shí)，混酸溶液與淬火后硅石的液固比為5～20:1。

18、本發(fā)明一種高純石英砂的制備的方法，步驟二中，浸出時(shí)輔以超聲，超聲的功率為100～300w。

19、本發(fā)明的有益效果為：

20、本發(fā)明通過(guò)高溫煅燒石英顆粒，使石英發(fā)生相變，體積增大，使用水或含有有機(jī)酸的水淬火，使石英顆粒產(chǎn)生裂紋，石英顆粒內(nèi)部雜質(zhì)外溢；然后使用有機(jī)酸混合浸出，做到不使用無(wú)機(jī)酸，無(wú)氟無(wú)硝無(wú)氯氣，綠色生產(chǎn)。同時(shí)本發(fā)明采用超聲波配合有機(jī)酸，使得有機(jī)酸酸更好地通過(guò)裂紋與內(nèi)部雜質(zhì)反應(yīng)；使用聚四氟乙烯顆粒小球作為催化劑，在超聲條件下，界面與去離子水發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，與酸液起協(xié)同作用促進(jìn)雜質(zhì)浸出，使雜質(zhì)充分去除，且本身不參加反應(yīng)，容易回收，重復(fù)利用，獲到高于99.99％的高純石英砂。

技術(shù)特征：

1.一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于，包括下述步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于：待處理硅石中sio2的含量為90～99wt.％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于：待處理硅石的粒徑小于等于60目、優(yōu)選為60-300目。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于：步驟一中的焙燒時(shí)間為3～5h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于：步驟一中的焙燒溫度為600～900℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于：步驟一中，焙燒完成后，倒入淬火劑中進(jìn)行淬火，抽濾干燥后得到淬火后的石英砂淬火劑為水或含有有機(jī)酸的水。作為進(jìn)一步的優(yōu)選有機(jī)酸的濃度為0.1～2wt％；有機(jī)酸選自草酸、檸檬酸、醋酸、抗壞血酸中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于：步驟二中，當(dāng)混合酸中含有草酸時(shí)，草酸的濃度為2～10wt％；當(dāng)混合酸中含有檸檬酸時(shí)，檸檬酸的濃度為1～5wt％；當(dāng)混合酸中含有醋酸時(shí)，醋酸的濃度為2～8wt％；當(dāng)混合酸中含有抗壞血酸時(shí)，抗壞血酸的濃度為1～6wt％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于：步驟二中，混合酸由草酸、檸檬酸、醋酸、抗壞血酸中的至少三種組成。作為更進(jìn)一步的優(yōu)選，步驟二中，混合酸由草酸、檸檬酸、醋酸、抗壞血酸組成。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于：步驟二中，催化劑優(yōu)選為聚四氟乙烯，其用量為：1公斤待處理硅石添加0.5-10g、優(yōu)選為1-6g、更進(jìn)一步優(yōu)選為4-6g聚四氟乙烯，聚四氟乙烯成顆粒狀，其直徑為0.5～7mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石英砂的制備的方法，其特征在于：步驟二中，浸出的溫度為50℃～90℃，浸出時(shí)間為大于等于1h、優(yōu)選為1～6h；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種低品位硅石制備高純石英砂的方法，屬于高純石英砂制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將將待處理硅石置于燒結(jié)爐中，升溫至600～1000℃下焙燒，焙燒后加入淬火劑中進(jìn)行淬火，得到淬火后的硅石；將石英砂加入混酸溶液中，同時(shí)按1公斤待處理硅石添加0.5?10g加入聚四氟乙烯顆粒小球作為催化劑，在溫度50～90℃，功率為100～300W下進(jìn)行超聲浸出1～6h，抽濾干燥得到浸出液和浸出渣，浸出渣經(jīng)超聲水洗，干燥即得高純石英砂；本發(fā)明嚴(yán)格控制超聲浸出功率、溫度和催化劑數(shù)量可將石英砂中的雜質(zhì)得到高效的去除，得到二氧化硅的純度高于99.99％的高純石英砂。

技術(shù)研發(fā)人員：陳正杰,曲俊宇,馬文會(huì)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10