1.本发明属于石英砂技术领域，具体涉及一种高纯石英砂的制备方法。
背景技术：
2.我国硅石资源储量大种类多，遍及全国，但优质矿床稀少，杂质种类繁多。我国用于生产高纯石英砂的硅质原料主要有石英岩、石英砂岩和脉石英。由于各地区矿石的成矿深度、温度及压力不同，因此硅质原料的杂质含量、类型及存在方式均不相同。杂质在石英砂中的存在形式主要有三种：矿物结构类、包裹体类和晶体结构类。高纯石英砂从外观上看应为白色透明颗粒，无异色，粒度集中分布于一个较窄粒级，一般为0.1mm-0.6mm，过细或过粗粒度含量应尽量小。
3.20世纪90年代，美国unimin公司在spruce pine地区制备出纯度达99.999％的超高纯石英砂，其经过几十年的发展，已经在全球超高纯石英砂的研究和生产方面处于领先和绝对的垄断地位。高纯石英砂己被当作一种战略资源，其生产工艺更是被国外公司所控制。因此，需要研发出一种高纯石英砂的制备方法。
技术实现要素：
4.发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种高纯石英砂的制备方法，步骤设计合理，采用脉石英原矿作为原料，先通过预处理使石英颗粒和脉石矿物发生解离、具有较好的粒度、去除表面的杂质，然后通过物理处理继续将杂质矿物与石英砂分离，最后采用微波结合酸浸的方式，得到的高纯石英砂总杂质含量最低为30.6μg/g，h2o的含量也大幅降低，应用前景广泛。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种用于高纯石英砂的制备方法，包括如下步骤：
7.(1)预处理：将脉石英原矿分级后采用擦洗机进行擦洗脱泥，得到预处理物料；
8.(2)物理处理：将预处理物料依次进行焙烧、水淬、烘干、破碎、磁选、
浮选，得到物理处理物料；
9.(3)化学处理：将物理处理物料进行酸处理进行提纯，得到高纯石英砂；其中，酸处理采用微波结合酸浸的方式，具体包括：将浮选后的石英砂进行微波辐射处理，微波功率为1100-1200w，微波时间为20-25min，然后将微波辐射处理后的石英砂浸入酸浸装置的酸液中，酸液与石英砂的液固比为2∶1ml/g，酸液的温度控制在62-65℃，酸液是由h2so4、hcl、hno3、hf、去离子水组成的混合溶液，h2so4、hcl、hno3、hf、去离子水的体积比为10-12∶4-6∶2-4∶1-1.5∶20-22，浸入时间为1.5-2h；酸处理结束后，将高纯石英砂反复用蒸馏水清洗，再用乙醇清洗至高纯石英砂表面无杂质。
10.本发明所述的高纯石英砂的制备方法，步骤设计合理，采用脉石英原矿作为原料，先通过预处理使石英颗粒和脉石矿物发生解离、具有较好的粒度、去除表面的杂质，然后通过物理处理继续将杂质矿物与石英砂分离，经过物理处理的石英砂杂质元素含量低，气液
包裹体含量少，液相水填充度高，最后采用微波结合酸浸的方式，在1100-1200w的微波作用下，石英砂中水分子的含量显著增加并且有微小液相包裹体群生成，并且有利于后续的酸液酸蚀效果，然后酸液最大限度的去除石英砂表面及缝隙中的杂质矿物，得到的高纯石英砂总杂质含量最低为30.6μg/g，h2o的含量也大幅降低，采用该高纯石英砂融制成石英玻璃后，在φ6mm视域内气泡个数为16，小于一级水晶。
11.进一步的，上述的用于高纯石英砂的制备方法，所述原铁液，按质量份数计，目标成分为c3.7％～3.8％、si1.2％～1.3％、mno％～0.2％、po％～0.05％、s0％～0.02％，余量为fe。
12.进一步的，上述的用于高纯石英砂的制备方法，所述预处理，具体包括：先将脉石英原矿经50目筛子分级，将-50目的脉石英原矿作为原料与分散剂stpp一起放入擦洗机进行擦洗脱泥，擦洗机的主轴转速设置在1600-2000r/rain，分散剂stpp的加入量为500g/t，擦洗时间为10-15min，然后过200目筛，得到预处理物料。
13.将脉石英原矿分级、擦洗脱泥后，可以有效去除脉石英原矿表面的杂质，使其sio2含量明显提升。所述擦洗机可以选用xfd12擦洗机。需要注意的是，此处的g/t，指的是每t的-50目的脉石英原矿原料中加入的g重。
14.进一步的，上述的用于高纯石英砂的制备方法，所述物理处理中的焙烧、水淬、烘干、破碎，具体包括：将预处理物料置于马弗炉中，以40-60℃/min的升温速度由室温升温至880-900℃，然后保温2-3h，保温结束后取出物料进行水淬，烘干后，采用行星式球磨机进行破碎，得到粒级为0.1mm-0.3mm的石英砂原料。
15.脉石英原矿预处理后，已经去除了表面的杂质，通过焙烧，石英在870-880℃之间，会发生晶型转变，β-石英会转化为β-磷石英，这个转化过程中伴随有体积膨胀，经过水淬后，会使石英砂的体积产生急剧缩小，由于石英和杂质矿物的膨胀系数不同，其收缩的程度并不能保持完全一致，石英砂内部便会产生丰富的裂痕，通过焙烧与水淬的配合，可以去除杂质。然后将石英砂原料破碎至粒级为0.1mm-0.3mm，该区间的石英砂原料有利于杂质暴露，更利于后续的磁选、浮选、化学处理。
16.进一步的，上述的用于高纯石英砂的制备方法，所述行星式球磨机是以氧化锆作为介质填充，氧化锆的填充量为30％，转速设置为700-800r/min，处理时间为3-5min。
17.进一步的，上述的用于高纯石英砂的制备方法，所述物理处理的磁选，采用周期式高梯度磁选机，所述高周期式高梯度磁选机的磁场强度设定为1.7t并且采用细钢棒作为磁选介质。
18.经焙烧、水淬、烘干、破碎后，石英砂原料里含有的fe、ti等含量还是比较高的，fe、ti等类元素的杂质大多是顺磁性矿物，石英是反磁性矿物，本发明采用周期式高梯度磁选机对石英砂原料fe、ti等杂质进行去除。
19.进一步的，上述的用于高纯石英砂的制备方法，所述物理处理的浮选，具体包括：
20.(1)初步浮选：将磁选后的石英砂原料放入
浮选机的浮选槽a中，向浮选槽a中加入
捕收剂a，浮选槽a中的搅拌转速设定为2000-2100r/min，搅拌10-15min后加入起泡剂a，再搅拌5-10min后打开浮选机的充气阀开始刮泡，刮泡15-20min；
21.(2)精浮选：将浮选槽a内的石英砂原料湿筛后转移至浮选机的浮选槽b中，向浮选槽b中加入捕收剂b，浮选槽b中的搅拌转速设定为2300-2400r/min，搅拌10-15min后加入起
泡剂b，再搅拌5-10min后打开浮选机的充气阀开始刮泡，刮泡10-15min，浮选柱底部的物料即为精选后的石英砂。
22.进一步的，上述的用于高纯石英砂的制备方法，所述捕收剂a是以十二胺为捕获剂、水玻璃为抑制剂配置而成，十二胺的用量为900-950g/t，水玻璃的用量为620-640g/t，通过5％的稀硫酸进行ph调节，调节ph至2.5-3；所述起泡剂a采用2号油，起泡剂a的用量为450-500g/t，通过5％的稀硫酸进行ph调节，调节ph至2.5-3；所述捕收剂b是以季铵盐阳离子为捕获剂、水玻璃为抑制剂配置而成，季铵盐阳离子的用量为800-850g/t，水玻璃的用量为500-550g/t，通过盐酸和氢氧化钠进行ph调节，调节ph至2.5-3；所述起泡剂b为苯乙酯油，起泡剂b的用量为350-400g/t，通过盐酸和氢氧化钠进行ph调节，调节ph至2.5-3。
23.通过初步浮选与精浮选的二步浮选方式，相比一次浮选，浮选效果更好，石英和杂质矿物的零电点很接近，浮选分离只能在一个较窄的ph范围内实现，通过调节ph至2.5-3，有利于浮选效果，捕收剂a、b均采用捕获剂与抑制剂相结合的设计，石英被抑制，捕收剂可以更多的和杂质矿物结合，通过上述浮选，可以有效去除fe、al等杂质、金云母、白云母等非磁性矿物，实现杂质与石英砂的分离。需要注意的是，此处的g/t，指的是每t磁选后的石英砂原料中加入的g重。
24.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
25.(1)本发明公开的用于高纯石英砂的制备方法，采用脉石英原矿作为原料，先通过预处理使石英颗粒和脉石矿物发生解离、具有较好的粒度、去除表面的杂质；
26.(2)本发明公开的用于高纯石英砂的制备方法，通过物理处理的焙烧、水淬、烘干、破碎、磁选、浮选使杂质矿物、fe、ti等杂质与石英砂分离，经过物理处理的石英砂杂质元素含量低，气液包裹体含量少，液相水填充度高；
27.(3)本发明公开的用于高纯石英砂的制备方法，采用微波结合酸浸的方式，在1100-1200w的微波作用下，石英砂中水分子的含量显著增加并且有微小液相包裹体群生成，并且有利于后续的酸液酸蚀效果，然后由h2so4、hcl、hno3、hf、去离子水组成的酸液可以最大限度的去除石英砂表面及缝隙中的杂质矿物，得到的高纯石英砂总杂质含量最低为30.6μg/g，h2o的含量也大幅降低。
具体实施方式
28.下面将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5结合具体实验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
29.以下实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5提供了一种高纯石英砂的制备方法，采用脉石英原矿作为原料，该脉石英原矿经icp分析的元素化学组成见表1。
30.表1
31.成分含量sio299.01％na57.2μg/gk68.1μg/g
fe182.3μg/gca43.6μg/gmg3.9μg/gli2.2μg/gal151.6μg/gti23.9μg/g烧损0.36％
32.实施例1
33.所述高纯石英砂的预处理：先将脉石英原矿经50目筛子分级，将-50目的脉石英原矿作为原料与分散剂stpp一起放入xfd12擦洗机进行擦洗脱泥，xfd12擦洗机的主轴转速设置在1800r/rain，分散剂stpp的加入量为500g/t，擦洗时间为12min，然后过200目筛，得到预处理物料。
34.该预处理物料经icp分析，sio2含量为99.32％，对比脉石英原矿的99.01％，预处理对脉石英原矿有较明显的提纯作用。
35.实施例2
36.所述高纯石英砂的物理处理：
37.(1)焙烧、水淬、烘干、破碎：将实施例1的预处理物料置于马弗炉中，以55℃/min的升温速度由室温升温至890℃，然后保温2h，保温结束后取出物料进行水淬，烘干后，采用行星式球磨机进行破碎，得到粒级为0.1mm-0.3mm的石英砂原料；所述行星式球磨机是以氧化锆作为介质填充，氧化锆的填充量为30％，转速设置为800r/min，处理时间为4min；(此处的合格粒径含量为61.23％，处于较好的水平)；
38.(2)磁选：采用周期式高梯度磁选机，所述高周期式高梯度磁选机的磁场强度设定为1.7t并且采用细钢棒作为磁选介质；(磁选后的石英砂经icp分析的元素化学组成见表2)
39.表2
40.[0041][0042]
对比脉石英原矿的杂质元素含量，磁选对杂质元素的去除有较明显的作用，特别是fe、ti。
[0043]
(3)初步浮选：将磁选后的石英砂原料放入浮选机的浮选槽a中，向浮选槽a中加入捕收剂a，浮选槽a中的搅拌转速设定为2050r/min，搅拌10min后加入起泡剂a，再搅拌5-min后打开浮选机的充气阀开始刮泡，刮泡15min；所述捕收剂a是以十二胺为捕获剂、水玻璃为抑制剂配置而成，十二胺的用量为950g/t，水玻璃的用量为625g/t，通过5％的稀硫酸进行ph调节，调节ph至2.5-3；所述起泡剂a采用2号油，起泡剂a的用量为495g/t，通过5％的稀硫酸进行ph调节，调节ph至2.5-3；
[0044]
(4)精浮选：将浮选槽a内的石英砂原料湿筛后转移至浮选机的浮选槽b中，向浮选槽b中加入捕收剂b，浮选槽b中的搅拌转速设定为2350r/min，搅拌12min后加入起泡剂b，再搅拌8min后打开浮选机的充气阀开始刮泡，刮泡15min，浮选柱底部的物料即为精选后的石英砂；所述捕收剂b是以季铵盐阳离子为捕获剂、水玻璃为抑制剂配置而成，季铵盐阳离子的用量为835g/t，水玻璃的用量为540g/t，通过盐酸和氢氧化钠进行ph调节，调节ph至2.5-3；所述起泡剂b为苯乙酯油，起泡剂b的用量为385g/t，通过盐酸和氢氧化钠进行ph调节，调节ph至2.5-3。
[0045]
(浮选后的石英砂经icp分析的元素化学组成见表3)
[0046]
表3
[0047]
成分含量na48.5μg/gk49.9μg/gfe32.1μg/gca35.9μg/gmg2.0μg/gli1.2μg/gal90.3μg/gti1.1μg/g
[0048]
对比脉石英原矿、磁选的杂质元素含量，浮选对杂质元素的去除有较明显的作用。
[0049]
实施例3
[0050]
所述高纯石英砂的化学处理：将浮选后的石英砂进行微波辐射处理，微波功率为1150w，微波时间为25min，然后将微波辐射处理后的石英砂浸入酸浸装置的酸液中，酸液与
石英砂的液固比为2∶1ml/g，酸液的温度控制在65℃，酸液是由h2so4、hcl、hno3、hf、去离子水组成的混合溶液，h2so4、hcl、hn03、hf、去离子水的体积比为12∶5∶3∶1.2∶21，浸入时间为1.5h；酸处理结束后，将高纯石英砂反复用蒸馏水清洗，再用乙醇清洗至高纯石英砂表面无杂质。
[0051]
效果验证：
[0052]
根据本发明所述的用于高纯石英砂的制备方法，得到的实施例3的高纯石英砂，对其进行icp分析、气液包裹体去除效果的检测。
[0053]
经icp分析的元素化学组成见表4。
[0054]
表4
[0055]
成分含量si0299.99％na6.1μg/gk3.5μg/gfe3.9μg/gca6.3μg/gmg0.3μg/gli0.5μg/gal9.6μg/gti0.4μg/g
[0056]
对比脉石英原矿，采用本发明的制备方法的高纯石英砂的sio2高，杂质含量低，具有较好的提纯效果。
[0057]
气液包裹体去除效果的表征：将实施例2、实施例3的高纯石英砂分别熔制成玻璃管，采用偏光显微镜，观察φ6mm视域内气泡个数；采用气相色谱仪分析其气液包裹体含量；数据结果见表5。
[0058][0059]
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。技术特征：
1.一种高纯石英砂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）预处理：将脉石英原矿分级后采用擦洗机进行擦洗脱泥，得到预处理物料；（2）物理处理：将预处理物料依次进行焙烧、水淬、烘干、破碎、磁选、浮选，得到物理处理物料；（3）化学处理：将物理处理物料进行酸处理进行提纯，得到高纯石英砂；其中，酸处理采用微波结合酸浸的方式，具体包括：将浮选后的石英砂进行微波辐射处理，微波功率为1100-1200w，微波时间为20-25min，然后将微波辐射处理后的石英砂浸入酸浸装置的酸液中，酸液与石英砂的液固比为2:1ml/g，酸液的温度控制在62-65℃，酸液是由h2s04、hcl、hn03、hf、去离子水组成的混合溶液，h2s04、hcl、hn03、hf、去离子水的体积比为10-12：4-6:2-4：1-1.5：20-22，浸入时间为1.5-2h；酸处理结束后，将高纯石英砂反复用蒸馏水清洗，再用乙醇清洗至高纯石英砂表面无杂质。2.根据权利要求1所述的高纯石英砂的制备方法，其特征在于，所述预处理，具体包括：先将脉石英原矿经50目筛子分级，将-50目的脉石英原矿作为原料与分散剂stpp一起放入擦洗机进行擦洗脱泥，擦洗机的主轴转速设置在1600-2000 r/rain，分散剂stpp的加入量为500g/t，擦洗时间为10-15min,然后过200目筛，得到预处理物料。3.根据权利要求1所述的高纯石英砂的制备方法，其特征在于，所述物理处理中的焙烧、水淬、烘干、破碎，具体包括：将预处理物料置于马弗炉中，以40-60℃/min的升温速度由室温升温至880-900℃，然后保温2-3h，保温结束后取出物料进行水淬，烘干后,采用行星式球磨机进行破碎，得到粒级为0.1mm-0.3mm的石英砂原料。4.根据权利要求3所述的高纯石英砂的制备方法，其特征在于，所述行星式球磨机是以氧化锆作为介质填充，氧化锆的填充量为30％，转速设置为700-800r/min，处理时间为3-5min。5.根据权利要求1所述的高纯石英砂的制备方法，其特征在于，所述物理处理的磁选，采用周期式高梯度磁选机，所述高周期式高梯度磁选机的磁场强度设定为1.7t并且采用细钢棒作为磁选介质。6.根据权利要求1所述的高纯石英砂的制备方法，其特征在于，所述物理处理的浮选，具体包括：（1）初步浮选：将磁选后的石英砂原料放入浮选机的浮选槽a中，向浮选槽a中加入捕收剂a，浮选槽a中的搅拌转速设定为2000-2100r/min，搅拌10-15min后加入起泡剂a，再搅拌5-10min后打开浮选机的充气阀开始刮泡，刮泡15-20min；（2）精浮选：将浮选槽a内的石英砂原料湿筛后转移至浮选机的浮选槽b中，向浮选槽b中加入捕收剂b，浮选槽b中的搅拌转速设定为2300-2400r/min，搅拌10-15 min后加入起泡剂b，再搅拌5-10min后打开浮选机的充气阀开始刮泡，刮泡10-15 min，浮选柱底部的物料即为精选后的石英砂。7.根据权利要求7所述的高纯石英砂的制备方法，其特征在于，所述捕收剂a是以十二胺为捕获剂、水玻璃为抑制剂配置而成，十二胺的用量为900-950g/t，水玻璃的用量为620-640 g/t，通过5％的稀硫酸进行ph调节，调节ph至2.5-3；所述起泡剂a采用2号油，起泡剂a的用量为450-500 g/t，通过5％的稀硫酸进行ph调节，调节ph至2.5-3；所述捕收剂b是以季铵盐阳离子为捕获剂、水玻璃为抑制剂配置而成，季铵盐阳离子的用量为800-850g/t，水玻
璃的用量为500-550 g/t，通过盐酸和氢氧化钠进行ph调节，调节ph至2.5-3；所述起泡剂b为苯乙酯油，起泡剂b的用量为350-400 g/t，通过盐酸和氢氧化钠进行ph调节，调节ph至2.5-3。
技术总结
一种高纯石英砂的制备方法，包括如下步骤：（1）预处理：将脉石英原矿分级后采用擦洗机进行擦洗脱泥，得到预处理物料；（2）物理处理：将预处理物料依次进行焙烧、水淬、烘干、破碎、磁选、浮选，得到物理处理物料；（3）化学处理：将物理处理物料进行酸处理进行提纯，得到高纯石英砂；其中，酸处理采用微波结合酸浸的方式。本发明所述的高纯石英砂的制备方法，步骤设计合理，采用脉石英原矿作为原料，先通过预处理使石英颗粒和脉石矿物发生解离、具有较好的粒度、去除表面的杂质，然后通过物理处理继续将杂质矿物与石英砂分离，最后采用微波结合酸浸的方式，得到的高纯石英砂总杂质含量最低为30.6μg/g，H2O的含量也大幅降低，应用前景广泛。泛。
技术研发人员：杜孝硕 杜金标 唐恒山
受保护的技术使用者：徐州亚苏尔高
新材料有限公司
技术研发日：2022.05.09
技术公布日：2022/7/1
声明：
“高纯石英砂的制备方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：徐州亚苏尔高新材料有限公司
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2024年08月01日 ~ 03日 
