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【原創(chuàng)】淺析高純石英砂生產(chǎn)中的酸處理工藝


來源:中國粉體網(wǎng)   胡一

[導(dǎo)讀]  高純石英砂所具有的獨特的物理、化學(xué)特性,使得其在航空、航天、電子、機械以及當(dāng)今飛速發(fā)展的IT產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位。其內(nèi)在分子鏈結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格變化規(guī)律,使其具有的耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、諧振效應(yīng)以及其獨特的光學(xué)特性,同時被廣泛應(yīng)用于高純石英玻璃制品、半導(dǎo)體技術(shù)、以及國防科技尖端技術(shù)等各領(lǐng)域。

中國粉體網(wǎng)訊  高純石英砂所具有的獨特的物理、化學(xué)特性,使得其在航空、航天、電子、機械以及當(dāng)今飛速發(fā)展的IT產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位。其內(nèi)在分子鏈結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格變化規(guī)律,使其具有的耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、諧振效應(yīng)以及其獨特的光學(xué)特性,同時被廣泛應(yīng)用于高純石英玻璃制品、半導(dǎo)體技術(shù)、以及國防科技尖端技術(shù)等各領(lǐng)域。


高純石英砂的生產(chǎn)工藝大同小異,一般都經(jīng)過選礦、破碎、磁選、酸處理(酸浸和酸洗)、浮選、壓濾、烘干、分級包裝等過程,不同企業(yè)先后順序或有不同,有的企業(yè)還加入焙燒、水淬、濕磨、氯化、高純水洗、真空脫羥等工序。而其中酸浸提純工序,是很重要的一環(huán)。


一、石英砂中的關(guān)鍵雜質(zhì)

1.石英砂中的雜質(zhì)元素

衡量高純石英砂純度高低的最直接指標(biāo)是原料中堿金屬、關(guān)鍵的過渡元素,鋁及硼的含量。根據(jù)不同用途的石英玻璃產(chǎn)品對其要求也不同,所以在研究石英提純技術(shù)之前,必須對需要控制的主要雜質(zhì)元素有所了解。

①堿金屬元素,包括:鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)

堿金屬氧化物在石英玻璃結(jié)構(gòu)中具有極強的“斷網(wǎng)”作用。石英玻璃在高溫狀態(tài)下,通常出現(xiàn)的柝晶、變形等現(xiàn)象,都是與微量的堿金屬助溶作用有關(guān)。

②過渡金屬元素,包括:銅(Cu)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鎳(Ni、)鋅(Zn)

過渡金屬元素都有多種氧化態(tài),常呈一定顏色,對高純石英玻璃質(zhì)量的影響特別嚴(yán)重。若微量過渡元素溶解或溶入硅溶體,能較壞的誘生導(dǎo)電性,對儀器的可靠性和預(yù)見性起到負(fù)面作用,還能使石英玻璃產(chǎn)生色斑或引起高溫變色,影響光的透過率。


2、石英礦中的鐵雜質(zhì)

、存在于細(xì)粒粘土礦物中

粘土是由長石石灰石、頁巖等風(fēng)化而成。粘土的成分含有云母、石英、褐鐵礦、綠泥石、方解石和角閃石混合物的硅酸鹽,其粒度很細(xì),主要是由10um以下的顆粒組成。

、存在于重礦物中磁性礦物中

重礦物指比重大于2.9的礦物,這些礦物中大部分都具有磁性或弱磁性,鐵是這些礦物中的基本組成元素。


二、用于酸處理的常用酸種類

1.鹽酸(氯化氫):

氯化氫是無色而有刺激性氣味的氣體,氯化氫的水溶液呈酸性,叫做氯化酸,習(xí)慣上叫鹽酸。干燥的氯化氫與鋅、鎂、鐵等較活潑的金屬以及大多數(shù)金屬氧化物都不能反應(yīng)。但濕的氯化氫氣體的化學(xué)性質(zhì)卻相當(dāng)活潑,能與上述金屬及氧化物發(fā)生反應(yīng)。

2.草酸

又名乙二酸, 修酸,是最簡單的二元酸。無色單斜片狀或棱柱體結(jié)晶或白色粉末?勺鳛橐环N絡(luò)合劑、掩蔽劑、沉淀劑或還原劑?捎糜诔恋礅}、鎂、釷和稀土元素。常見的草酸鹽有草酸鈉、草酸鉀、草酸鈣、草酸亞鐵、草酸銻和草酸氫銨等。


三、酸處理提純的機理與工藝

去除石英砂中雜質(zhì)的初步工藝可采用水洗、重選、磁選及浮選等方法。但對于生產(chǎn)高純石英砂來說,去除薄膜鐵是個很重要的問題。去除薄膜鐵的方法,主要有搓洗、超聲波清洗及酸洗等方法,而最常用和最有效的方法是酸洗。

酸處理目的是消除一些難溶于水而溶于酸的雜質(zhì)礦物,如金屬氧化物或細(xì)小的硅酸鹽礦物。通常使用鹽酸、硝酸、硫酸和氫氟酸組成的混合酸,其體積比,應(yīng)根據(jù)原料表面污染情況,并通過實驗而定,酸處理還對消除粉體表面的包裹體有一定作用,且升高溫度時的效果更好。


四、酸浸法提純工藝及參數(shù)

1.鹽酸法

將經(jīng)洗凈過的石英砂加入濃度為18%的鹽酸溶液中,鹽酸用量為石英砂重量的5%。然后加溫至80~90℃處理2~3小時,最后經(jīng)過濾和干燥。

2.氣態(tài)氯化氫法

將洗凈后的石英砂置于反應(yīng)釜中,加熱至80℃,再送入氯化氫氣體,處理15分鐘,然后用清水洗凈,氯化氫與氧化鐵的作用產(chǎn)物FeCl3可溶于水而被除掉。


五、影響雜質(zhì)浸出速度的主要因素

1.酸濃度

雜質(zhì)浸出速度隨酸的濃度增大而增大,但濃度過大,不僅會增大不希望溶解的組分,而且也會增加成本。

2.石英砂的量

雜質(zhì)浸出速度通常是隨石英砂的量減小而增大,因為這樣能保證溶液中雜質(zhì)浸出濃度始終較低,有利于加快浸出速度。所以用大量的酸去處理少量的石英砂,可提高雜質(zhì)浸出速度,當(dāng)然也要考慮到成本和效益因素。

小結(jié):我國不同的行業(yè)對石英砂中SiO2純度和雜質(zhì)元素含量的要求不一樣,生產(chǎn)高純石英砂的原料礦石不同,選擇的酸處理工藝不同,對最終產(chǎn)品品質(zhì)的影響也不盡相同。在選擇高品位原料礦石的基礎(chǔ)上,選擇合適的酸處理工藝,可有效減輕其他工序如浮選、磁選等的壓力,并能有效提高最終產(chǎn)品的品質(zhì)。



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作者:胡一

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