石英砂酸处理提纯的工艺及流程-大千净化
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石英砂酸处理提纯的工艺及流程

2018/4/8 14:45:27      点击:
    高纯石英砂所具有的独特的物理、化学特性,使得其在航空、航天、电子、机械以及当今飞速发展的IT产业中占有举足轻重的地位。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、谐振效应以及其独特的光学特性,同时被广泛应用于高纯石英玻璃制品、半导体技术、以及国防科技尖端技术等各领域。
    高纯石英砂的生产工艺大同小异,一般都经过选矿、破碎、磁选、酸处理(酸浸和酸洗)、浮选、压滤、烘干、分级包装等过程,不同企业先后顺序或有不同,有的企业还加入焙烧、水淬、湿磨、氯化、高纯水洗、真空脱羟等工序。而其中酸浸提纯工序,是很重要的一环。
    一、石英砂中的关键杂质:
    01、石英砂中的杂质元素
    衡量高纯石英砂纯度高低的最直接指标是原料中碱金属、关键的过渡元素,铝及硼的含量。根据不同用途的石英玻璃产品对其要求也不同,所以在研究石英提纯技术之前,必须对需要控制的主要杂质元素有所了解。
    ①碱金属元素,包括:钾(K)、钠(Na)、锂(Li)
    碱金属氧化物在石英玻璃结构中具有极强的“断网”作用。石英玻璃在高温状态下,通常出现的柝晶、变形等现象,都是与微量的碱金属助溶作用有关。
    ②过渡金属元素,包括:铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni、)锌(Zn)
    过渡金属元素都有多种氧化态,常呈一定颜色,对高纯石英玻璃质量的影响特别严重。若微量过渡元素溶解或溶入硅溶体,能较坏的诱生导电性,对仪器的可靠性和预见性起到负面作用,还能使石英玻璃产生色斑或引起高温变色,影响光的透过率。
    02、石英矿中的铁杂质
    ①存在于细粒粘土矿物中
    粘土是由长石、石灰石、页岩等风化而成。粘土的成分含有云母、石英、褐铁矿、绿泥石、方解石和角闪石混合物的硅酸盐,其粒度很细,主要是由10um以下的颗粒组成。
    ②存在于重矿物中磁性矿物中
    重矿物指比重大于2.9的矿物,这些矿物中大部分都具有磁性或弱磁性,铁是这些矿物中的基本组成元素。
    二、用于酸处理的常用酸种类:
    01、盐酸(氯化氢)
    氯化氢是无色而有刺激性气味的气体,氯化氢的水溶液呈酸性,叫做氯化酸,习惯上叫盐酸。干燥的氯化氢与锌、镁、铁等较活泼的金属以及大多数金属氧化物都不能反应。但湿的氯化氢气体的化学性质却相当活泼,能与上述金属及氧化物发生反应。
    02、草酸
    又名乙二酸, 修酸,是最简单的二元酸。无色单斜片状或棱柱体结晶或白色粉末。可作为一种络合剂、掩蔽剂、沉淀剂或还原剂。可用于沉淀钙、镁、钍和稀土元素。常见的草酸盐有草酸钠、草酸钾、草酸钙、草酸亚铁、草酸锑和草酸氢铵等。
    三、酸处理提纯的机理与工艺:
    去除石英砂中杂质的初步工艺可采用水洗、重选、磁选及浮选等方法。但对于生产高纯石英砂来说,去除薄膜铁是个很重要的问题。去除薄膜铁的方法,主要有搓洗、超声波清洗及酸洗等方法,而最常用和最有效的方法是酸洗。
    酸处理目的是消除一些难溶于水而溶于酸的杂质矿物,如金属氧化物或细小的硅酸盐矿物。通常使用盐酸、硝酸、硫酸和氢氟酸组成的混合酸,其体积比,应根据原料表面污染情况,并通过实验而定,酸处理还对消除粉体表面的包裹体有一定作用,且升高温度时的效果更好。
    四、酸浸法提纯工艺及参数:
    01、盐酸法:
    将经洗净过的石英砂加入浓度为18%的盐酸溶液中,盐酸用量为石英砂重量的5%。然后加温至80~90℃处理2~3小时,最后经过滤和干燥。
    02、气态氯化氢法:
    将洗净后的石英砂置于反应釜中,加热至80℃,再送入氯化氢气体,处理15分钟,然后用清水洗净,氯化氢与氧化铁的作用产物FeCl3可溶于水而被除掉。
    五、影响杂质浸出速度的主要因素
    01、酸浓度:
    杂质浸出速度随酸的浓度增大而增大,但浓度过大,不仅会增大不希望溶解的组分,而且也会增加成本。
    02、石英砂的量:
    杂质浸出速度通常是随石英砂的量减小而增大,因为这样能保证溶液中杂质浸出浓度始终较低,有利于加快浸出速度。所以用大量的酸去处理少量的石英砂,可提高杂质浸出速度,当然也要考虑到成本和效益因素。
    小结:
    我国不同的行业对石英砂中SiO2纯度和杂质元素含量的要求不一样,生产高纯石英砂的原料矿石不同,选择的酸处理工艺不同,对最终产品品质的影响也不尽相同。在选择高品位原料矿石的基础上,选择合适的酸处理工艺,可有效减轻其他工序如浮选、磁选等的压力,并能有效提高最终产品的品质。