專利名稱：高溫氯化法生產(chǎn)高純石英砂的方法及氯化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非金屬礦深加工技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及高純石英砂的生產(chǎn)方法及裝置，具體是利用高溫氯化除雜生產(chǎn)高純石英砂的方法及氯化裝置。
背景技術(shù)：
高純石英砂，按我國原機(jī)械電子工業(yè)部的標(biāo)準(zhǔn)SJ3228，1-10中的規(guī)定=SiO2含量一級SiO2 ^ 99. 95% ;二級SiO2 ^ 99. 90%，這種純度的高純石英砂的生產(chǎn)方法是在水泥地坪上把SiO2 ^ 99. 5%的石英石原礦先水洗去掉泥土等雜質(zhì)，再精洗、精選后，用破碎機(jī)破碎到長度小于50毫米的塊狀送入制砂機(jī)中，進(jìn)行濕法制砂，然后把流出來的砂漿用強(qiáng)磁磁選去鐵質(zhì)、再用分級裝置進(jìn)行分級、收集一定(如30-150目)粒度區(qū)間的砂粒并脫水，即是符合要求的半成品砂，然后把半成品砂用一定濃度的室溫或加熱后的無機(jī)酸液對其進(jìn)行靜態(tài)或動態(tài)熱酸浸(酸浸法)一定時(shí)間后，取樣并進(jìn)行分析測試，如果檢測結(jié)果中的雜質(zhì)元素符合標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)要求，再脫除酸液，分別用潔凈的自來水和去離子水進(jìn)行洗滌后、用離心機(jī)脫水、再用干燥設(shè)備對其干燥、包裝、分析檢驗(yàn)、符合上述標(biāo)準(zhǔn)要求的即是電子工業(yè)用高純石英砂。采用室溫靜態(tài)酸浸除雜是我國高純石英砂生產(chǎn)企業(yè)目前最流行、最多用、最普遍的提純方法，其最大的缺點(diǎn)就是酸浸過程耗時(shí)長、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、產(chǎn)量低、成本高、效率低；而采用動態(tài)熱酸浸法酸洗速度快、酸洗時(shí)間短、產(chǎn)量大、質(zhì)量好、效率高、成本低，但該法所需的設(shè)備投資和環(huán)保設(shè)施投資大，環(huán)保設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用較高，對員工素質(zhì)要求較高，一般小型企業(yè)都沒有綜合實(shí)力采用此工藝。無論靜態(tài)或動態(tài)生產(chǎn)方法中的酸浸過程和酸浸后的洗滌過程，都會產(chǎn)生一定量的廢酸液和含酸廢水，需要配套相關(guān)的環(huán)保處理設(shè)施對其進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后才能排放或回收再利用。而環(huán)保設(shè)施需投入大筆資金、其運(yùn)行過程中的成本也較高。否則，其生產(chǎn)過程中的廢酸液和含酸廢水未經(jīng)處理，或處理后達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)而排放就會給環(huán)境造成較大的污染。因此，開發(fā)一種環(huán)境友好的高純石英砂生產(chǎn)方法及裝置，勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種高溫氯化法生產(chǎn)高純石英砂的方法及氯化裝置；該方法用高溫氯化除雜替代酸浸除雜來生產(chǎn)高純石英砂，省去了酸浸法中的酸洗和水洗工序，氯化后的尾氣經(jīng)水吸收、純化處理后，可作高質(zhì)量鹽酸出售。因此，該法環(huán)境友好，是未來石英砂提純的發(fā)展方向。本發(fā)明中的高純石英砂生產(chǎn)方法是通過下列步驟實(shí)現(xiàn)的
a、先將石英礦石用水沖洗，并人工精選去雜、精洗，然后對其進(jìn)行化學(xué)分析，選用二氧化硅彡99. 80% ;招<0. 0050% ;灼燒失量<0. 15%的潔白無可見雜質(zhì)的礦石作為原料；此原料為精料I ;
b、將精料I破碎成小于30*30毫米的塊狀，再水洗、人工手選除去可見雜質(zhì)，即得精料 2 ；
C、將精料2用鐵質(zhì)輪碾機(jī)或鐵質(zhì)制砂機(jī)進(jìn)行濕法制砂、磁選、分級、重力選、精洗，收集30 140目的物料，脫水，即得半成品砂；此半成品砂即為精料3 ;而通過140目篩網(wǎng)的砂漿集中收集到濃密機(jī)處理，經(jīng)濃密機(jī)沉淀處理后的清水再循環(huán)使用；
d、將精料3用高純石英砂干燥裝置進(jìn)行干燥，即得精料4；
e、將精料4用磁場強(qiáng)度為5000 15000高斯的磁選機(jī)進(jìn)行單次/級或3次/級磁選，去除鐵質(zhì)后的砂料即為精料5 ；一般使用磁場強(qiáng)度聞，如> 10000聞斯以上，進(jìn)行單次單級磁選；如使用磁場強(qiáng)度較低，如5000 9000高斯，進(jìn)行多次或多級磁選；
f、將精料5送入高溫氯化裝置中的預(yù)熱罐中預(yù)熱，在微負(fù)壓的狀態(tài)下，通過啟動預(yù)熱罐外層加熱電極板進(jìn)行加熱，當(dāng)預(yù)熱罐中的溫度達(dá)到573度時(shí)，保溫半小時(shí)，繼續(xù)加熱。當(dāng)溫度達(dá)到600-650度時(shí)，將物料放入氯化罐中，并啟動氯化罐外層加熱電極板進(jìn)行加熱，當(dāng)氯化罐內(nèi)溫度達(dá)到1000度時(shí)，開啟真空系統(tǒng)，控制真空度在-0.03 -0.07Mpa之間，并開始通入氯氣氯化氫=1:1的混合氣體，開啟氣體除塵裝置，在1000-1350°C的溫度下氯化
0.5 2小時(shí)；再將氯化好的物料放入至流化冷卻罐中，用鼓風(fēng)機(jī)送入經(jīng)多級凈化的潔凈的 新鮮空氣對其流化冷卻至室溫后，包裝，即可得純度術(shù)99. 98%高純石英砂，冷卻罐排出的熱氣體經(jīng)管道送至預(yù)熱罐，預(yù)熱石英砂后再排放；
氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽到冷卻器中冷卻成粉狀的鹽類；而冷卻除鹽后的尾氣用自來水或離子水或高純水吸收即是鹽酸，將所得的鹽酸用離子交換樹脂處理或經(jīng)離子膜純化裝置處理后即可得到含量為30 33%的鹽酸副產(chǎn)品。上述步驟d中所使用的高純石英砂干燥裝置為本發(fā)明人已經(jīng)取得中國實(shí)用新型專利權(quán)的專利，專利號為ZL200620163898. 5。本發(fā)明高溫氯化法生產(chǎn)高純石英砂所使用的的氯化裝置，包括氯化罐，在氯化罐上部設(shè)有預(yù)熱罐，預(yù)熱罐頂部設(shè)有料倉，底部的出料管與氯化罐頂部的進(jìn)料管相連；在氯化罐下部設(shè)有冷卻罐，氯化罐底部的出料管與冷卻罐頂部的進(jìn)料管相連；所述的預(yù)熱罐、氯化罐及冷卻罐上裝有真空管，并分別與各自的真空系統(tǒng)相連；氯化罐、預(yù)熱罐及冷卻罐外壁均設(shè)有保溫層；氯化罐及預(yù)熱罐保溫層與罐體外壁之間設(shè)置有一加熱電極板；在氯化罐、預(yù)熱罐及冷卻罐內(nèi)下部均水平設(shè)置有多孔板，該多孔板與罐底之間形成一封閉空間，空間內(nèi)設(shè)有若干支撐柱，氯化罐下部的封閉空間與ci2、hci氣體輸送管相連通；在氯化罐上連接有氣體除塵裝置；冷卻罐下部的封閉空間與潔凈新鮮空氣管相連通；其改進(jìn)之處在于a.所述的氯化罐內(nèi)下部的多孔板上具有分氣結(jié)構(gòu)，該分氣結(jié)構(gòu)有三種形式一是在多孔板上鋪上30 300目的鉬金或鉬銠合金材料制成的絲網(wǎng)或篩板，該絲網(wǎng)或篩板固定在多孔板上，再在絲網(wǎng)或篩板上均勻鋪有20 100毫米厚、粒徑大于該絲網(wǎng)或篩板孔徑的石英砂顆粒層；二是直接在多孔板的每個(gè)孔中安裝用高純石英或鉬金或鉬銠合金制成的微孔噴嘴，噴嘴的微孔孔徑小于物料的顆粒的最小粒徑；三是直接在多孔板上均勻鋪有20 100毫米厚、粒徑大于多孔板孔徑的石英砂顆粒層；b.所述的預(yù)熱罐下部的封閉空間與冷卻罐上的真空管之間連接有一熱空氣排氣管；真空管和熱空氣排氣管上分別裝有真空控制閥和熱空氣控制閥；c.所述進(jìn)入氯化罐內(nèi)的C12、HC1氣體輸送管自上而下貼裝在氯化罐罐體外壁保溫層和加熱電極板之間；d.所述氯化罐底部的出料管上口高出所述的絲網(wǎng)或篩板上的石英砂顆粒層或多孔板上的微孔噴嘴頂部30 50毫米。所述的預(yù)熱罐、氯化罐、冷卻罐及其聯(lián)接管、閥門管件均用高純石英玻璃或鉬金或鉬銠合金材料作內(nèi)襯。
所述的加熱電極板材料為石墨或硅鑰或硅碳或電阻絲；所述的保溫層材料為陶瓷纖維。上述氯化罐所連接的氣體冷卻除塵和尾氣處理裝置包括收塵器、尾氣回收再利用裝置和尾氣噴淋循環(huán)吸收裝置，該裝置是針對氯化過程中排出的石英粉和金屬氯化物而安裝的，為現(xiàn)有技術(shù)。吸收裝置內(nèi)裝有潔凈的水，該水可以是自來水，也可是去離子水或高純水等。上述冷卻罐底部封閉空間內(nèi)進(jìn)入的潔凈新鮮空氣是經(jīng)過空氣過濾器處理后再由鼓風(fēng)機(jī)送入其內(nèi)的。本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1.用高溫氯化除雜法替代酸浸除雜法來生產(chǎn)高純石英砂，省去了酸浸法中的酸洗和水洗工序，減少了酸液運(yùn)輸過程中的危險(xiǎn) 性、節(jié)省了廢酸液、含酸廢水處理所需的設(shè)施和運(yùn)行費(fèi)用；2.省去了原工藝中的水洗滌工序，減少了對水資源的需求等；3.氯化后的尾氣經(jīng)水吸收生成鹽酸，再對其純化處理后，可作高質(zhì)量鹽酸出售；4.整個(gè)提純除雜過程在負(fù)壓下進(jìn)行，沒有廢酸液、廢水排出；5.整個(gè)高純石英砂生產(chǎn)過程可以連續(xù)不間斷的生產(chǎn)。本發(fā)明所使用的高溫氯化裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，其特點(diǎn)在于1，提純后的產(chǎn)品純度高酸浸法提純后石英砂中的堿金屬、堿土金屬、過渡元素等金屬的極限值為I 3個(gè)PPM,而高溫氯化法可以達(dá)到幾個(gè)至幾十個(gè)PPB ;2，提純的速度快由于溫度高，氯氣和氯化氫氣體的活度大，與雜質(zhì)元素反應(yīng)速度快，半小時(shí)至兩小時(shí)即可除雜完畢；3，提純的同時(shí)可以脫除石英砂中的部分氣體包裹體和羥基，高溫時(shí)石英砂中氣體包裹體體積膨脹，從砂顆粒中溢出，砂中的結(jié)晶水變成水蒸氣電離成氫離子和氫氧根離子(羥基)，它容易和高溫氯氣、氯化氫氣體發(fā)生反應(yīng)生成氯化氫和氯氣而被脫除。


圖I是本發(fā)明中氯化裝置的整體結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖I中的氯化罐多孔板上分氣結(jié)構(gòu)一的示意 圖3圖I中的氯化罐多孔板上分氣結(jié)構(gòu)二的示意圖。圖中，I-氯化罐，2-預(yù)熱罐，3-料倉，4-預(yù)熱罐出料管，5-氯化罐進(jìn)料管，6-冷卻罐，7-氯化罐出料管，8-冷卻罐進(jìn)料管，9-真空管，10-保溫層，11-加熱電極板，12-多孔板，13-封閉空間，14-支撐柱，15-C12、HCl氣體輸送管，16-氣體除塵裝置，17-新鮮空氣管，18-絲網(wǎng)或篩板，19-石英砂顆粒層，20-微孔噴嘴，21-熱空氣排氣管，22-真空控制閥，23-熱空氣控制閥。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I
本實(shí)施例以安徽省安慶地區(qū)的石英石礦石為原料
a、將石英石原礦用自來水沖洗，洗去泥土后進(jìn)行人工精選、除去含有長石和雜色石后、再用高壓水精洗，然后對其化學(xué)分析二氧化硅99. 82%，鋁0. 0030%，灼燒失量0. 13%潔白無可見雜質(zhì)的礦石原料；此原料為精料I ;
b、將精料I破碎成小于30*30毫米的塊狀，再用自來水沖洗、手選除去可見雜質(zhì)，即得精料2 ;
C、將精料2喂入已經(jīng)帶水運(yùn)轉(zhuǎn)的鐵質(zhì)制砂機(jī)(如輪碾機(jī))中進(jìn)行濕法制砂、流出來的砂漿料用磁選機(jī)磁選去掉鐵質(zhì)、用圓筒水篩分級，收集30-140目砂漿后再用重選設(shè)備一螺旋溜槽分離去掉未磁選出的鐵 質(zhì)后，再對砂漿進(jìn)行精洗，脫水后即得半成品砂；此料為精料
3。而小于一定粒度如通過140目篩網(wǎng)下的砂漿進(jìn)入濃密機(jī)濃密處理后，壓成濾餅作為硅微粉原料，經(jīng)濃密機(jī)排出的清水再送給制砂車間循環(huán)使用；
d、將精料3用高純石英砂干燥裝置進(jìn)行干燥，即得精料4；
e、將精料4用磁場強(qiáng)度為5000高斯的磁選機(jī)進(jìn)行3次/級磁選，去除鐵質(zhì)，即得精料
5 ；
f、將精料5送入高溫氯化裝置中的預(yù)熱罐中預(yù)熱，在微負(fù)壓的狀態(tài)下，通過啟動預(yù)熱罐罐體外加熱電極板進(jìn)行加熱，當(dāng)預(yù)熱罐中的溫度達(dá)573度時(shí)，石英顆粒發(fā)生一次晶型轉(zhuǎn)變，在此溫度下保溫半小時(shí)后，繼續(xù)給預(yù)熱罐加熱。當(dāng)溫度達(dá)到650度時(shí)，將物料放入氯化罐中，并給氯化罐加熱，在溫度達(dá)到870度時(shí)石英顆粒再一次發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變使體積增大，在此過程中，石英砂顆粒中所含的結(jié)晶水及氣體包裹體從顆粒中溢出，當(dāng)氯化罐內(nèi)溫度達(dá)到1000度時(shí)，開啟真空系統(tǒng)，并開始通入氯氣氯化氫=1:1 (V/V)的混合氣體，(混合氣體流量的大小以氯化過程中的砂顆粒能作上下微動為原則)開啟氣體除塵裝置，在1000°C的溫度下氯化I小時(shí)，在此氯化過程中，石英砂顆粒表面的金屬、堿金屬、堿土金屬等雜質(zhì)元素與高溫氯氣、氯化氫氣體很快發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成其對應(yīng)的氯鹽氣體被真空抽到冷卻器中冷卻后，即是粉狀的鹽類；冷卻除鹽后的尾氣用自來水、離子水或高純水吸收即是鹽酸，把所產(chǎn)的鹽酸用陰陽離子交換樹脂處理后得到含量為30%高質(zhì)量的鹽酸；再將氯化好的物料放入至流化冷卻罐中，用鼓風(fēng)機(jī)送入經(jīng)多級凈化的潔凈的新鮮空氣對其流化冷卻至室溫后，包裝，即可得純度為99. 99%高純石英砂，冷卻罐排出的熱氣體送至預(yù)熱罐預(yù)熱石英砂后再排放。這樣科學(xué)合理地利用體系的了熱能。經(jīng)ICP-MS檢測，所得的高純石英砂檢測結(jié)果如下
Si02:99. 99%, Fe:0. 5PPM, Cu:0. 05PPM, Ca:0. 8PPM, Na:0. 06PPM, K:0. 04PPM, Al:24PPM,Ti : 0. 3PPM, Li : 0. 01PPM, Co: 0. 01PPM, Ni ; 0. 2PPM, Mn: 0. 05PPM, Mg: 0. 5PPM。實(shí)施例2
本實(shí)施例以河南省南陽地區(qū)的石英石礦石為原料
a、將石英石原礦用自來水沖洗，洗去泥土后進(jìn)行人工精選、除去含有長石和雜色石后、再用高壓水精洗，然后對其化學(xué)分析，測得二氧化硅99. 85% ;鋁0. 0023% ;灼燒失量
0.12%潔白無可見雜質(zhì)的礦石原料；此原料為精料I ;
b、將精料I破碎成小于30*30毫米的塊狀，再用自來水沖洗、手選除去可見雜質(zhì)，即得精料2 ;
C、將精料2喂入已經(jīng)帶水運(yùn)轉(zhuǎn)的鐵質(zhì)制砂機(jī)(如棒磨機(jī))中進(jìn)行濕法制砂、流出來的砂漿料用磁選機(jī)磁選去掉鐵質(zhì)、用圓筒水篩分級，收集30 120目砂漿后再用重選設(shè)備一跳汰機(jī)分離去掉未磁選出的鐵質(zhì)后，再對該砂漿進(jìn)行精洗、脫水后即得半成品砂；此料為精料3。而小于一定粒度如通過120目篩網(wǎng)下的砂漿尾水進(jìn)入濃密機(jī)濃密處理后，壓成濾餅作為硅微粉原料，經(jīng)濃密機(jī)排除的清水再送給制砂車間循環(huán)使用；
d、將精料3用高純石英砂干燥裝置進(jìn)行干燥，即得精料4；
e、將精料4用磁場強(qiáng)度為15000高斯的磁選機(jī)進(jìn)行單次磁選，去除鐵質(zhì)，即得精料5；
f、將精料5送入高溫氯化裝置中的預(yù)熱罐中預(yù)熱，在微負(fù)壓的狀態(tài)下，通過啟動預(yù)熱罐罐體外加熱電極板進(jìn)行加熱，當(dāng)預(yù)熱罐中的溫度達(dá)573度時(shí)，石英顆粒發(fā)生一次晶型轉(zhuǎn)變，在此溫度下保溫半小時(shí)后，繼續(xù)給預(yù)熱罐加熱。當(dāng)溫度達(dá)到600度時(shí)，將物料放入氯化罐中，并給氯化罐加熱，在溫度達(dá)到870度時(shí)石英顆粒再一次發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變使體積增大，在此過程中，石英砂顆粒中所含的結(jié)晶水及氣體包裹體從顆粒中溢出，當(dāng)氯化罐內(nèi)溫度達(dá)到1000度時(shí)，開啟真空系統(tǒng)，并開始通入氯氣氯化氫=1:1 (V/V)的混合氣體，(混合氣體流量的大小以氯化過程中的砂顆粒能作上下微動為原則)開啟氣體除塵裝置，在1350°C的溫度下氯化0. 5小時(shí),在此氯化過程中，石英砂顆粒表面的金屬、堿金屬、堿土金屬等雜質(zhì)元素與高溫氯氣、氯化氫氣體很快發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成其對應(yīng)的氯鹽氣體被真空抽到冷卻器中冷卻后，即是粉狀的鹽類；冷卻除鹽后的尾氣用自來水、離子水或高純水吸收即是鹽酸，把所產(chǎn)的鹽酸用離子膜純化處理后得到含量為33%高質(zhì)量的鹽酸；再將氯化好的物料放入至流化冷卻罐中，用鼓風(fēng)機(jī)送入經(jīng)多級凈化的潔凈的新鮮空氣對其流化冷卻至室溫后，包裝，即可得純度為99. 99%高純石英砂，冷卻罐排出的熱氣體送至預(yù)熱罐預(yù)熱石英砂后再排放。這樣科學(xué)合理地利用體系的了熱能。經(jīng)ICP-MS檢測，所得的高純石英砂檢測結(jié)果如下
Si02:99. 99%, Fe:0. 3PPM, Cu:0. 04PPM, Ca:0. 5PPM, Na:0. 08PPM, K:0. 02PPM, Al:22PPM,Ti : 0. 1PPM, Li : 0. 01PPM, Co: 0. 01PPM, Ni ; 0. 1PPM, Mn: 0. 02PPM, Mg: 0. 3PPM。
實(shí)施例3
本實(shí)施例以河北省承德地區(qū)的石英石礦石為原料
a、將石英石原礦用自來水沖洗，洗去泥土后進(jìn)行人工精選、除去含有長石和雜色石后、再用高壓水精洗，然后對其化學(xué)分析，即得二氧化硅含量為99. 80% ;鋁含量為0. 0030% ;灼 燒失量為0. 15%的潔白無可見雜質(zhì)的礦石原料；此原料為精料I ;
b、將精料I破碎成小于30*30毫米的塊狀，再用自來水沖洗、手選除去可見雜質(zhì)，即得精料2 ;
C、將精料2喂入已經(jīng)帶水運(yùn)轉(zhuǎn)的鐵質(zhì)制砂機(jī)(如磨砂機(jī))中進(jìn)行濕法制砂、流出來的砂漿料用磁選機(jī)磁選去掉鐵質(zhì)、用圓筒水篩分級，收集30-140目砂漿后再用重選設(shè)備一搖床分離去掉未磁選出的鐵質(zhì)后，再對砂漿進(jìn)行精洗、脫水即得半成品砂；此料為精料3。而小于一定粒度如通過140目篩網(wǎng)的砂漿尾水進(jìn)入濃密機(jī)濃密處理后，壓成濾餅作為玻璃纖維原料，經(jīng)濃密機(jī)排除的清水再送給制砂機(jī)循環(huán)使用；
d、將精料3用高純石英砂干燥裝置進(jìn)行干燥，即得精料4；
e、將精料4用磁場強(qiáng)度為10000高斯的磁選機(jī)進(jìn)行單級磁選，去除鐵質(zhì)，即得精料5；
f、將精料5送入高溫氯化裝置中的預(yù)熱罐中預(yù)熱，在微負(fù)壓的狀態(tài)下，通過啟動預(yù)熱罐罐體外加熱電極板進(jìn)行加熱，當(dāng)預(yù)熱罐中的溫度達(dá)573度時(shí)，石英顆粒發(fā)生一次晶型轉(zhuǎn)變，在此溫度下保溫半小時(shí)后，繼續(xù)給預(yù)熱罐加熱。當(dāng)溫度達(dá)到600度時(shí)，將物料放入氯化罐中，并給氯化罐加熱，在溫度達(dá)到870度時(shí)石英顆粒再一次發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變使體積增大，在此過程中，石英砂顆粒中所含的結(jié)晶水及氣體包裹體從顆粒中溢出，當(dāng)氯化罐內(nèi)溫度達(dá)到1000度時(shí)，開啟真空系統(tǒng)，并開始通入氯氣氯化氫=1:1 (V/V)的混合氣體，(混合氣體流量的大小以氯化過程中的砂顆粒能作上下微動為原則)開啟氣體除塵裝置，在1200°C的 溫度下氯化I小時(shí)，在此氯化過程中，石英砂顆粒表面的金屬、堿金屬、堿土金屬等雜質(zhì)元素與高溫氯氣、氯化氫氣體很快發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成其對應(yīng)的氯鹽氣體被真空抽到冷卻器中冷卻后，即是粉狀的鹽類；冷卻除鹽后的尾氣用自來水、離子水或高純水吸收即是鹽酸，把所產(chǎn)的鹽酸用陰陽離子交換樹脂處理后得到含量為30%高質(zhì)量的鹽酸；再將氯化好的物料放入至流化冷卻罐中，用鼓風(fēng)機(jī)送入經(jīng)多級凈化的潔凈的新鮮空氣對其流化冷卻至室溫后，包裝，即可得純度為99. 98%高純石英砂，冷卻罐排出的熱氣體送至預(yù)熱罐預(yù)熱石英砂后再排放。這樣科學(xué)合理地利用體系的了熱能。經(jīng)ICP-MS檢測，所得的高純石英砂檢測結(jié)果如下
Si02:99. 98%, Fe: I. 0PPM, Cu:0. 07PPM, Ca:0. 8PPM, Na:0. 3PPM, K:0. 2PPM, Al: 30PPM, Ti:0. 3PPM, Li : 0. 1PPM, Co: 0. 06PPM, Ni ; 0. 3PPM, Mn: 0. 1PPM, Mg: 0. 6PPM。上述實(shí)施例中所使用的高純石英砂干燥裝置為本發(fā)明人已經(jīng)取得中國實(shí)用新型專利權(quán)的專利，專利號為ZL200620163898. 5。 本發(fā)明中所用的高溫氯化裝置，參見圖1，包括氯化罐1，在氯化罐上部設(shè)有預(yù)熱罐2，預(yù)熱罐頂部設(shè)有料倉3，底部的出料管4與氯化罐頂部的進(jìn)料管5相連；在氯化罐下部設(shè)有冷卻罐6，氯化罐底部的出料管7與冷卻罐頂部的進(jìn)料管8相連；所述的預(yù)熱罐、氯化罐及冷卻罐上裝有真空管9，并分別與各自的真空系統(tǒng)相連；氯化罐、預(yù)熱罐及冷卻罐外壁均設(shè)有保溫層10 ;氯化罐及預(yù)熱罐保溫層與罐體外壁之間設(shè)置有一加熱電極板11 ;在氯化罐、預(yù)熱罐及冷卻罐內(nèi)下部均水平設(shè)置有多孔板12，該多孔板與罐底之間形成一封閉空間13，空間內(nèi)設(shè)有若干支撐柱14，氯化罐下部的封閉空間與C12、HC1氣體輸送管15相連通；在氯化罐上連接有氣體除塵裝置16 ;冷卻罐下部的封閉空間與潔凈新鮮空氣管17相連通；其改進(jìn)之處在于a、所述的氯化罐內(nèi)下部的多孔板上具有分氣結(jié)構(gòu)，該分氣結(jié)構(gòu)有三種形式一是在多孔板上鋪上30-300目的鉬金或鉬銠合金材料制成的絲網(wǎng)或篩板18，該絲網(wǎng)或篩板固定在多孔板上，再在絲網(wǎng)或篩板上均勻鋪有20-100毫米厚、粒徑大于該絲網(wǎng)或篩板孔徑的石英砂顆粒層19，具體結(jié)構(gòu)參見圖2 ;該石英砂顆粒層形成一個(gè)床層，由于粗砂顆粒的質(zhì)量和堆積后的間隙比小顆粒的砂大，該床層既可以防止小顆粒砂從絲網(wǎng)上漏下去并保護(hù)了鉬金或鉬銠合金篩板網(wǎng)，又有利于加熱后的氣體容易從底部空間進(jìn)入氯化區(qū)域，還有利于氣體在氯化過程中的二次的均勻分布，從而來保證氯化反應(yīng)過程的均勻性，最終就保證了氯化后的產(chǎn)品質(zhì)量；二是直接在多孔板的每個(gè)孔中安裝用高純石英或鉬金或鉬銠合金制成的微孔噴嘴20，具體結(jié)構(gòu)參見圖3 ;噴嘴的微孔孔徑小于物料顆粒的最小粒徑，以防細(xì)小的砂顆粒堵塞噴嘴微孔；噴嘴的結(jié)構(gòu)及固定方式是由上部開有微孔的錐形和下部的圓柱形焊接構(gòu)成，將圓柱形部分插入多孔板的孔內(nèi)，再將圓柱形的底部圓周割成四等份，并再向外翻折成90°直角緊貼在多孔板上形成卡環(huán)，這樣即可將噴嘴固定于多孔板上了 ；若是石英材料制成的噴嘴則將圓柱形直接焊接在多孔板的孔周邊蓋住孔即可。三是直接在多孔板上均勻鋪有20-100毫米厚、粒徑大于多孔板孔徑的石英砂顆粒層；b.所述的預(yù)熱罐下部的封閉空間與冷卻罐上的真空管之間連接有一熱空氣排氣管21 ;真空管和熱空氣排氣管上分別裝有真空控制閥22和熱空氣控制閥23 ;當(dāng)需要用真空時(shí)，關(guān)閉熱空氣控制閥；但需要熱空氣時(shí)，關(guān)閉真空閥。主要是為了用余熱氣體來預(yù)熱砂顆粒，預(yù)熱砂顆粒后的熱氣還可以用于半成品石英濕砂的干燥，以達(dá)到整個(gè)石英砂生產(chǎn)體系中熱量的最佳利用；c.所述進(jìn)入氯化罐內(nèi)的Cl2、HCl氣體輸送管15自上而下貼裝在氯化罐罐體外壁保溫層和加熱電極板之間；在給釜加熱的同時(shí)該管中的氣體也得到了加熱，加熱后的氣體體積膨脹，膨脹后的氣體通過絲網(wǎng)或篩板上的石英砂顆粒層的間隙或噴嘴微孔使釜內(nèi)的砂顆粒產(chǎn)生向上跳動，即形成流化態(tài)，使反應(yīng)更完全。d.所述氯化罐底部的出料管7的上口高出所述的絲網(wǎng)或篩板上的石英砂顆粒層或多孔板上的微孔噴嘴頂部30 50毫米。所述的預(yù)熱罐、氯化罐、冷卻罐及其聯(lián)接管、閥門管件均用高純石英玻璃或鉬金或鉬銠合金材料作內(nèi)襯。上述的加熱電極板，采用石墨或硅鑰或硅碳或電阻絲作為加熱材料，保溫層以陶瓷纖維和耐火材料磚為材料。上述氯化罐所連接的氣體冷卻除塵和尾氣處理裝置包括收塵器、尾氣回收再利用裝置和尾氣噴淋循環(huán)吸收裝置，該裝置是針對氯化過程中排出的石英粉和金屬氯化物而安裝的，為現(xiàn)有技術(shù)。吸收裝置內(nèi)裝有潔凈的水，該水可以是自來水，也可是去離子水或高純
水等。 上述冷卻罐底部封閉空間內(nèi)進(jìn)入的潔凈新鮮空氣是經(jīng)過空氣過濾器處理后再由鼓風(fēng)機(jī)送入其內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.高溫氯化法生產(chǎn)高純石英砂的方法，其特征在于包括下述工藝步驟 a、.先將石英礦石用水沖洗，并人工精選去雜、精洗，然后對其進(jìn)行化學(xué)分析，選用二氧化硅含量大于99. 80% ;鋁含量小于O. 0050% ;灼燒失量小于O. 15%的潔白無可見雜質(zhì)的礦石作為原料；此原料為精料I ; b、將精料I破碎成小于30*30毫米的塊狀，再水洗、人工手選除去可見雜質(zhì)，即得精料2； C、將精料2用鐵質(zhì)輪碾機(jī)或鐵質(zhì)制砂機(jī)進(jìn)行濕法制砂、磁選、分級、重力選、精洗、收集30-140目的物料、脫水，即得半成品砂；此半成品砂即為精料3 ;而通過140目篩網(wǎng)下的砂漿，收集到濃密機(jī)處理，經(jīng)濃密機(jī)沉淀處理后的清水再循環(huán)使用； d、將精料3用高純石英砂干燥裝置進(jìn)行干燥，即得精料4； e、將精料4用磁場強(qiáng)度為5000-15000高斯的磁選機(jī)進(jìn)行單次/級或3次/級磁選，去除鐵質(zhì)后的砂料即為精料5 ； f、將精料5送入高溫氯化裝置中的預(yù)熱罐中預(yù)熱，在微負(fù)壓的狀態(tài)下，通過啟動預(yù)熱罐外層加熱電極板進(jìn)行加熱，當(dāng)預(yù)熱罐中的溫度達(dá)到573度時(shí)，保溫半小時(shí)，繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到600-650度時(shí)，將物料放入氯化罐中，并啟動氯化罐外層加熱電極板進(jìn)行加熱，當(dāng)氯化罐內(nèi)溫度達(dá)到1000度時(shí)，開啟真空系統(tǒng)，控制真空度在-O. 03----O. 07Mpa之間，并開始通入氯氣氯化氫=1:1的混合氣體，開啟氣體除塵裝置，在1000-1350°C的溫度下氯化O. 5-2小時(shí)；再將氯化好的物料放入至流化冷卻罐中，用鼓風(fēng)機(jī)送入經(jīng)多級凈化的潔凈的新鮮空氣對其流化冷卻至室溫后，包裝，即可得純度不低于99. 98%高純石英砂，冷卻罐排出的熱氣體經(jīng)管道送至預(yù)熱罐，預(yù)熱石英砂后再排放； 氯化過程中生成的氯鹽氣體被真空抽到冷卻器中冷卻成粉狀的鹽類；而冷卻除鹽后的尾氣用自來水或離子水或高純水吸收即是鹽酸，將所得的鹽酸用陰陽離子交換樹脂處理或經(jīng)離子膜純化裝置處理后即可得到含量為30-33%的鹽酸副產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求I所述的高溫氯化法生產(chǎn)高純石英砂所使用的的氯化裝置，包括氯化罐，在氯化罐上部設(shè)有預(yù)熱罐，預(yù)熱罐頂部設(shè)有料倉，底部的出料管與氯化罐頂部的進(jìn)料管相連；在氯化罐下部設(shè)有冷卻罐，氯化罐底部的出料管與冷卻罐頂部的進(jìn)料管相連；所述的預(yù)熱罐、氯化罐及冷卻罐上裝有真空管，并分別與各自的真空系統(tǒng)相連；氯化罐、預(yù)熱罐及冷卻罐外壁均設(shè)有保溫層；氯化罐及預(yù)熱罐保溫層與罐體外壁之間設(shè)置有一加熱電極板；在氯化罐、預(yù)熱罐及冷卻罐內(nèi)下部均水平設(shè)置有多孔板，該多孔板與罐底之間形成一封閉空間，空間內(nèi)設(shè)有若干支撐柱，氯化罐下部的封閉空間與Cl2、HCl氣體輸送管相連通；在氯化罐上連接有氣體除塵裝置；冷卻罐下部的封閉空間與潔凈新鮮空氣管相連通；其特征在于a.所述的氯化罐內(nèi)下部的多孔板上具有分氣結(jié)構(gòu)，該分氣結(jié)構(gòu)有三種形式一是在多孔板上鋪上30-300目的鉬金或鉬銠合金材料制成的絲網(wǎng)或篩板，該絲網(wǎng)或篩板固定在多孔板上，再在絲網(wǎng)或篩板上均勻鋪有20-100毫米厚、粒徑大于該絲網(wǎng)或篩板孔徑的石英砂顆粒層；二是直接在多孔板的每個(gè)孔中安裝用高純石英或鉬金或鉬銠合金制成的微孔噴嘴，噴嘴的微孔孔徑小于物料顆粒最小粒徑；三是直接在多孔板上均勻鋪有20-100毫米厚、粒徑大于多孔板孔徑的石英砂顆粒層；b.所述的預(yù)熱罐下部的封閉空間與冷卻罐上的真空管之間連接有一熱空氣排氣管；真空管和熱空氣排氣管上分別裝有真空控制閥和熱空氣控制閥；c.所述進(jìn)入氯化罐內(nèi)的C12、HC1氣體輸送管自上而下貼裝在氯化罐罐體外壁保溫層和加熱電極板之間；d.所述氯化罐底部的出料管上口高出所述的絲網(wǎng)或篩板上的石英砂顆粒層或多孔板上的微孔噴嘴頂部30-50毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫氯化法生產(chǎn)高純石英砂所使用的的氯化裝置，其特征在于所述的預(yù)熱罐、氯化罐、冷卻罐及其聯(lián)接管、閥門管件均用高純石英玻璃或鉬金或鉬銠合金材料作內(nèi)襯。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫氯化法生產(chǎn)高純石英砂所使用的的氯化裝置，其特征在于所述的加熱電極板材料為石墨或硅鑰或硅碳或電阻絲；所述的保溫層材料為陶瓷纖維和耐火材料磚為材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫氯化法生產(chǎn)高純石英砂的方法及氯化裝置；該方法包括先將石英礦石去雜、精洗，選用二氧化硅含量大于99.80%；鋁含量小于0.0050%；灼燒失量小于0.15%的礦石作為原料；再破碎、濕法制砂、磁選、分級、重力選、精洗，收集30-140目的物料，脫水，即得半成品砂；再進(jìn)行干燥，磁選、氯化、流化冷卻，包裝，即可得純度不低于99.98%高純石英砂；本發(fā)明方法用高溫氯化除雜法替代現(xiàn)在的酸浸除雜法來生產(chǎn)高純石英砂，省去了酸浸法中的酸洗和水洗工序，氯化后的尾氣經(jīng)水吸收純化處理后，可作高質(zhì)量鹽酸出售；因此，該法環(huán)境友好，是未來石英砂提純的發(fā)展方向。
文檔編號C01B7/01GK102701223SQ20121018139
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者田輝明 申請人:田輝明