[发明专利]一种超低金属含量的高纯石英砂制备方法

说明书

本发明公开了一种超低金属含量的高纯石英砂制备方法，主要包括选料、第一次煅烧、水淬、粉碎、磁选、电选、第二次煅烧、水淬、酸洗、浮选、清洗等工艺，其中第一次煅烧后采用氢氧化钠溶液进行水淬，第二次煅烧过程中混入氢氧化钠固体，酸洗选用含有2,2’‑联吡啶的甲酸溶液作为酸洗液，并且对浮选工艺在捕收剂等方面进行了有意义的改进；采用本发明所述的石英砂提纯工艺，可以SiO₂含量≤98％的普通石英砂为原料得到SiO₂含量≥99.97％、杂质金属总量≤30ppm的超低金属含量的高纯石英砂，而且节约了成本、工艺更加环保。

技术领域

本发明涉及无机材料加工领域，特别涉及一种超低金属含量的高纯石英砂制备方法。

背景技术

石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性质稳定的硅酸盐矿物，主要化学成分是SiO₂。石英砂所具有的独特的物理、化学性质，使得其不仅在铸造、冶金、橡胶、磨料、陶瓷、建筑等传统行业中有着广泛的应用，而且在航空航天、IT、通讯、太阳能电池等高新技术领域中发挥着不可替代的作用。对应用于尖端科技的石英砂制品而言，不仅要求其二氧化硅含量达到一定标准，而且对铁、铝等杂质金属有着严格的控制。

由于石英在成岩成矿时，伴生多种杂质矿物，如长石、云母、黏土矿等，杂质矿物中铁、铝等金属元素严重影响了石英砂的品质。为除去杂质矿物及金属，传统的石英砂生产中通常采用磁选、电选、酸洗、浮选等工艺。其中酸洗工艺复杂、成本较高，而且对环境污染严重；电选或者磁选对长石、岩屑、黄铁矿、辉石等密度和电性质与石英相近、同时磁性很弱的杂质矿物分离效果不佳；浮选的依据是杂质矿石与石英砂表面物理化学性质的差异会导致其在浮选药剂中具有不同的可浮性，从而去除杂质矿石，目前主要有氟浮选和无氟浮选两种方法，氟浮选效果好但是污染严重，尤其是氟离子在环境中难以自然降解。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明通过改进浮选、酸洗等工艺，在不增加成本的基础上利用普通石英砂制备获得超低金属含量的高纯石英砂。

为了实现上述目的，本发明的高纯石英砂制备方法包括以下步骤：

(1)选料：选用SiO₂含量≤98％，粒度范围在80～100目的普通石英砂，去除其中明显的杂质和异物；

(2)第一次煅烧-水淬-粉碎：将石英砂置于500～1300℃高温下煅烧4～5小时，将石英砂倾倒入0～4℃的氢氧化钠溶液中，搅拌并施加超声10～15分钟，选用湿磨方式将石英砂粉碎至200～220目，用去离子水冲洗并干燥；

(3)磁选-电选：设置磁选机在50～15000GS的磁场强度下对石英砂进行磁选，以除去磁性杂质；采用电压为25～35千伏静电分选机，以除去非磁性杂质；

(4)第二次煅烧-水淬：将石英砂用去离子水清洗，并干燥，在石英砂中混入200g/t氢氧化钠，混合均匀后在800～1000℃下煅烧3～4小时，接着用0～4℃去离子水淋洗石英砂3～5分钟；

(5)酸洗：将石英砂浸泡在含有1.8mol/L 2,2’-联吡啶的质量分数为30wt％甲酸溶液中，在50～60℃下施加超声并搅拌4～5小时，过滤分离得到石英砂，用去离子水冲洗石英砂三遍，将石英砂干燥后冷却至室温；

(6)浮选：将石英砂置于质量分数为40wt％的甲酸溶液中制成矿浆，调节矿浆pH为2～4，加搅拌并超声5分钟；向矿浆中加入60g/t的4-十二烷基苯胺或者2-甲基-4-十二烷基苯胺，在30～35℃下搅拌25～30分钟；向矿浆中加入250g/t由十二烷基丙基醚胺和月桂酰胺组成的捕收剂，搅拌5分钟；向矿浆中注入30～35℃的等体积去离子水，并按照90g/t的用量向矿浆中加入起泡剂十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐，搅拌并超声15分钟；

(7)清洗：用离子水冲洗矿浆进行清洗，将石英砂过滤并干燥后即得到目标产品。