本發(fā)明涉及石英石提純技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種石英砂的提純方法。

背景技術(shù)：

高純石英砂一般是指sio2含量高于99.9％的石英微粉，主要應(yīng)用在ic的集成電路和石英玻璃等行業(yè)，其高等產(chǎn)品更被廣泛應(yīng)用在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、光纖、激光、航天、軍事等領(lǐng)域。石英砂的提純主要是除去其中少量或微量雜質(zhì)，獲得高純石英砂。現(xiàn)有技術(shù)主要采用常規(guī)磁選、浮選、酸浸等物理及化學(xué)手段對石英砂原料雜質(zhì)礦相、表面元素雜質(zhì)等進行去除，從而獲得一定純度的石英砂。但對于石英砂晶格雜質(zhì)的去除難度極大，經(jīng)過酸浸作用后已經(jīng)達到該工藝的提純極致。若過度增大酸用量、升高溫度或延長時間都只能造成石英礦物的整體溶蝕，降低精礦產(chǎn)率，而且對晶格內(nèi)的雜質(zhì)元素并不能起到提純效果。因此，晶格雜質(zhì)往往成為高純石英砂加工過程中難以突破的最終瓶頸。

目前去除晶格雜質(zhì)的方法主要有氯化焙燒工藝，氯化焙燒又稱氯化脫氣，是指在一定條件下，在氯化劑作用下使礦物原料中的某些成分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)或凝聚態(tài)的氯化物，從而使組分分離或者富集的過程，目前氯化焙燒所使用的氯化劑一般為cl2、hcl或兩者的混合，然而在1500℃以下，氯氣無法與金屬氧化物直接反應(yīng)，需要加入碳質(zhì)還原劑進行加碳氯化反應(yīng)才能達到提純目的，同時還需去除剩余的碳，提純工藝復(fù)雜；若采用氯化氫作為氯化劑，難以去除特殊晶型的氧化鋁雜質(zhì)。

鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種石英砂的提純方法，采用四氯化硅為氯化劑，在高溫流化床中對石英砂雜質(zhì)進行提純，提純效率高，環(huán)保壓力小，過程成本低，工藝簡單，可得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種石英砂的提純方法，對石英石礦石原料進行處理得到石英砂細粉，使用流化床反應(yīng)器作為氯化反應(yīng)器，以四氯化硅作為氯化劑在高溫流化床中對石英砂細粉進行高溫氯化處理，得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

所述石英砂的提純方法，具體包括如下步驟：

a.水洗脫除石英砂礦石原料表面附著的污泥，再破碎成10～20mm小塊石英砂。

b.將小塊石英砂在1250～1450℃溫度條件下煅燒5～10h后，直接置于常溫冷水中進行快速冷卻至常溫，過濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂。

c.對水淬后的小塊石英砂進行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂。

d.將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為40～150目的石英砂細粉。

e.將四氯化硅氣體從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制四氯化硅氣體溫度為1250～1650℃，再持續(xù)從氯化反應(yīng)器頂部通入石英砂細粉，高溫氯化過程控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.1～0.5m/s，使石英砂細粉在高溫四氯化硅氣體帶動下呈流化態(tài)，進行高溫氯化提純10～15h，得到氯化提純后的石英砂。在高溫流化床中，石英砂金屬雜質(zhì)與四氯化硅進行如下反應(yīng)：

3sicl4(g)+2fe2o3＝3sio2+4fecl3(g)；

3sicl4(g)+2al2o3＝3sio2+4alcl3(g)；

sicl4(g)+2mgo＝sio2+2mgcl2(g)；

sicl4(g)+2cao＝sio2+2cacl2(g)；

sicl4(g)+tio2＝sio2+2ticl4(g)。

f.對氯化提純后的石英砂進行水洗處理，得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

g.將提純過程中形成的混合氣體從氯化反應(yīng)器頂部排出后，將該混合氣體冷卻至常溫，混合氣體冷卻形成含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液。

h.在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液進行閃蒸分離，復(fù)用分離所得四氯化硅氣體。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明采用四氯化硅為氯化劑，在高溫流化床中對石英砂進行提純，提純效率高，且未反應(yīng)的四氯化硅經(jīng)簡單冷卻、閃蒸處理后可回收再利用，環(huán)保壓力小，過程成本低；

(2)本發(fā)明采用高溫氯化方式對石英砂中金屬氧化物雜質(zhì)進行提純處理，工藝簡單，可得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明石英砂的提純方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

請參閱圖1，本發(fā)明提供一種石英砂的提純方法，包括如下步驟：

a.水洗脫除石英砂礦石原料表面附著的污泥，再破碎成10～20mm小塊石英砂。

b.將小塊石英砂在1250～1450℃溫度條件下煅燒5～10h后，直接置于常溫冷水中進行快速冷卻至常溫，過濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂。

c.對水淬后的小塊石英砂進行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂。

d.將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為40～150目的石英砂細粉。

e.將四氯化硅氣體從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制四氯化硅氣體溫度為1250～1650℃，再持續(xù)從氯化反應(yīng)器頂部通入石英砂細粉，高溫氯化過程控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.1～0.5m/s，使石英砂細粉在高溫四氯化硅氣體帶動下呈流化態(tài)，進行高溫氯化提純10～15h，得到氯化提純后的石英砂。

f.對氯化提純后的石英砂進行水洗處理，得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

g.將提純過程中形成的混合氣體從氯化反應(yīng)器頂部排出后，將該混合氣體冷卻至常溫，混合氣體冷卻形成含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液。

h.在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液進行閃蒸分離，復(fù)用分離所得四氯化硅氣體。

本發(fā)明采用四氯化硅為氯化劑，在高溫條件下對石英砂進行提純，去除晶格雜質(zhì)，與氯氣、氯化氫等氯化劑相比具有如下優(yōu)勢：

(1)四氯化硅沸點較高，常溫常壓下為液態(tài)，儲存及轉(zhuǎn)運更安全、方便，而氯氣、氯化氫常溫常壓下為氣態(tài)，需要加壓成液態(tài)后進行轉(zhuǎn)運，安全要求較高；

(2)因四氯化硅沸點較高，可在常壓下直接進行常溫冷卻即可將剩余未消耗的四氯化硅進行回收再循環(huán)利用，而對于氯氣、氯化氫需經(jīng)過加壓低溫冷卻后再進行回收循環(huán)利用，所需設(shè)備更復(fù)雜，過程消耗更大，成本更高；

(3)在高溫條件下，四氯化硅與鐵、鎳、鉻等金屬不發(fā)生反應(yīng)，因此可采用常規(guī)加熱器即可達到四氯化硅的加熱要求，而在較高溫度條件下，氯氣、氯化氫對鐵、鎳、鉻等金屬造成高溫腐蝕，需要采用特殊加熱材料對其進行加熱，設(shè)備要求苛刻，設(shè)備制作成本高，安全風(fēng)險大；

(4)由于在高溫條件下四氯化硅可直接與金屬氧化物雜質(zhì)進行反應(yīng)，且反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化硅，提純工藝簡單；在1500℃以下，氯氣無法與金屬氧化物直接反應(yīng)，需要加入碳質(zhì)還原劑進行加碳氯化反應(yīng)才能達到提純目的，同時還需去除剩余的碳，提純工藝復(fù)雜；若采用氯化氫作為氯化劑，難以去除特殊晶型的氧化鋁雜質(zhì)。

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的特征和性能作進一步的詳細描述。

實施例1

(1)將石英砂礦石原料表面附著的污泥用水沖洗干凈，再使用破碎機將其破碎成10～20mm小塊石英砂；

(2)將步驟(1)中得到的10～20mm小塊石英砂放入天然氣煅燒爐中，在1300～1350℃溫度條件下對小塊石英砂煅燒6h后，直接將高溫石英砂置于常溫冷水中進行快速冷卻至常溫，過濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂；

(3)對水淬后的小塊石英砂進行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂；

(4)使用磨粉機將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為40～100目的石英砂細粉；

(5)使用汽化器對四氯化硅進行汽化處理后，控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.4m/s，將四氯化硅氣體持續(xù)從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制加熱系統(tǒng)將四氯化硅氣體加熱至1350℃；從氯化反應(yīng)器頂部將步驟(4)得到的40～100目石英砂細粉加入到氯化反應(yīng)器中，直至流化床靜止床層高度為1.5m，石英砂細粉在高溫四氯化硅氣體帶動下呈流化態(tài)，進行高溫氯化提純12h，得到氯化提純后的石英砂；提純過程中形成的混合氣體從反應(yīng)器頂部排出后，通過水冷方式形成混合液、閃蒸分離混合液形成四氯化硅氣體后(經(jīng)水冷方式冷卻至常溫后，混合氣體形成為含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液，在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對混合液進行閃蒸分離后得到四氯化硅氣體)，再次通入氯化反應(yīng)器中進行循環(huán)利用。

(6)對高溫氯化提純后的石英砂進行水洗處理，得到高純石英砂產(chǎn)品。

(7)對得到的高純石英砂產(chǎn)品進行成分檢測，經(jīng)檢測：sio2重量含量為99.993％，fe含量≤7ppm，al含量≤10ppm，ca含量≤3ppm，mg含量≤4ppm，k含量≤1ppm，na含量≤1ppm。

實施例2：

(1)將石英砂礦石原料表面附著的污泥用水沖洗干凈，再使用破碎機將其破碎成10～20mm小塊石英砂；

(2)將步驟(1)中得到的10～20mm石英砂放入天然氣煅燒爐中，在1350～1400℃溫度條件下對石英砂煅燒5h后，直接將高溫石英砂置于常溫冷水中進行快速冷卻至常溫，過濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂；

(3)對水淬后的小塊石英砂進行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂；

(4)使用磨粉機將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為60～120目的石英砂細粉；

(5)使用汽化器對四氯化硅進行汽化處理后，控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.25m/s，將四氯化硅氣體持續(xù)從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制加熱系統(tǒng)將四氯化硅氣體加熱至1450℃；從氯化反應(yīng)器頂部將步驟(4)得到的60～120目石英砂細粉加入到反應(yīng)器中，直至流化床靜止床層高度為1.5m，石英砂細粉在高溫四氯化硅氣體帶動下呈流化態(tài)，進行高溫氯化提純10h，得到氯化提純后的石英砂；提純過程中形成的混合氣體從反應(yīng)器頂部排出后，通過水冷方式形成混合液、閃蒸分離混合液形成四氯化硅氣體后(經(jīng)水冷方式冷卻至常溫后，混合氣體形成為含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液，在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對混合液進行閃蒸分離后得到四氯化硅氣體)，再次通入氯化反應(yīng)器中進行循環(huán)利用。

(6)對高溫氯化提純后的石英砂進行水洗處理，得到高純石英砂產(chǎn)品。

(7)對得到的高純石英砂產(chǎn)品進行組分檢測，經(jīng)檢測：sio2重量含量為99.996％，fe含量≤4ppm，al含量≤5ppm，ca含量≤2ppm，mg含量≤3ppm，k含量≤1ppm，na含量≤1ppm。

實施例3：

(1)將石英砂礦石原料表面附著的污泥用水沖洗干凈，再使用破碎機將其破碎成10～20mm小塊石英砂；

(2)將步驟(1)中得到的中10～20mm石英砂放入天然氣煅燒爐中，在1250～1300℃溫度條件下對石英砂煅燒7h后，直接將高溫石英砂置于常溫冷水中進行快速冷卻至常溫，過濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂；

(3)對水淬后的小塊石英砂進行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂；

(4)使用磨粉機將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為80～150目的石英砂細粉；

(5)使用汽化器對四氯化硅進行汽化處理后，控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.2m/s，將四氯化硅氣體持續(xù)從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制加熱系統(tǒng)將四氯化硅氣體加熱至1500℃；從氯化反應(yīng)器頂部將步驟(4)中得到的80～150目石英砂細粉加入到反應(yīng)器中，直至流化床靜止床層高度為1.5m，石英砂細粉在高溫四氯化硅氣體帶動下呈流化態(tài)，進行高溫氯化提純11h，得到氯化提純后的石英砂；提純過程中形成的混合氣體從反應(yīng)器頂部排出后，通過水冷方式形成混合液、閃蒸分離混合液形成四氯化硅氣體后(經(jīng)水冷方式冷卻至常溫后，混合氣體形成為含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液，在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對混合液進行閃蒸分離后得到四氯化硅氣體)，再次通入氯化反應(yīng)器中進行循環(huán)利用。

(6)對高溫氯化提純后的石英砂進行水洗處理，得到超高純石英砂產(chǎn)品。

(7)對得到的高純石英砂產(chǎn)品進行組分檢測，經(jīng)檢測：sio2重量含量為99.999％，fe含量≤3ppm，al含量≤2ppm，ca含量≤2ppm，mg含量≤2ppm，k含量≤1ppm，na含量≤1ppm。

通過上述實施例及其結(jié)果表明，本發(fā)明采用高溫氯化方式對石英砂中金屬氧化物雜質(zhì)進行提純處理，工藝簡單，可得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂；采用四氯化硅為氯化劑，未反應(yīng)的四氯化硅經(jīng)簡單冷卻、閃蒸處理后可回收再利用，環(huán)保壓力小，過程成本低。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種石英砂的提純方法，其特征在于，對石英石礦石原料進行處理得到石英砂細粉，使用流化床反應(yīng)器作為氯化反應(yīng)器，以四氯化硅作為氯化劑在高溫流化床中對石英砂細粉進行高溫氯化處理，得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英砂的提純方法，其特征在于，所述高溫氯化處理過程具體為：將四氯化硅氣體從底部通入氯化反應(yīng)器中，再持續(xù)從氯化反應(yīng)器頂部通入石英砂細粉，使石英砂細粉在高溫四氯化硅氣體帶動下呈流化態(tài)，得到氯化提純后的石英砂。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英砂的提純方法，其特征在于，高溫氯化過程中，控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.1～0.5m/s。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英砂的提純方法，其特征在于，高溫氯化過程中，控制四氯化硅氣體溫度為1250～1650℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英砂的提純方法，其特征在于，進行高溫氯化提純時間為10～15h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的石英砂的提純方法，其特征在于，對氯化提純后的石英砂進行水洗。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的石英砂的提純方法，其特征在于，在高溫氯化處理后，還包括將提純過程中形成的混合氣體從氯化反應(yīng)器頂部排出后，將該混合氣體冷卻至常溫，混合氣體冷卻形成含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液，對含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液進行閃蒸分離，形成四氯化硅氣體，復(fù)用分離所得四氯化硅氣體。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石英砂的提純方法，其特征在于，在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對混合液進行閃蒸分離，得到四氯化硅氣體。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的石英砂的提純方法，其特征在于，所述石英砂細粉粒度為40～100目。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的石英砂的提純方法，其特征在于，所述對石英石礦石原料進行處理得到石英砂細粉的過程具體包括：

a.水洗脫除石英砂礦石原料表面附著的污泥，再破碎成10～20mm小塊石英砂；

b.將小塊石英砂在1250～1450℃溫度條件下煅燒5～10h后，直接置于常溫冷水中進行快速冷卻至常溫，過濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂；

c.對水淬后的小塊石英砂進行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂；

d.將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為40～150目的石英砂細粉。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種石英砂的提純方法，對石英石礦石原料進行水洗、破碎、煅燒、水淬、干燥處理得到石英砂細粉后，采用四氯化硅為氯化劑，在高溫流化床中對石英砂細分進行提純，去除石英砂晶格雜質(zhì)，可得到SiO2重量含量大于99.9％的高純石英砂，提純效率高，工藝簡單，且未反應(yīng)的四氯化硅經(jīng)簡單冷卻、閃蒸處理后可回收再利用，環(huán)保壓力小，過程成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：李琴

受保護的技術(shù)使用者：四川敏田科技發(fā)展有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.05.28

技術(shù)公布日：2021.07.30