專利名稱：脈石英制備高純石英的工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種脈石英制備高純石英的工藝，具體地說是涉及一種脈石英制備高純超細英材料的方法。
背景技術(shù)：
高純石英材料具有的獨特的物理、化學特性，堅硬、耐磨、化學性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，硬度7，性脆無解理，貝殼狀斷口，密度為2.65，其熱學和機械性能具有明顯的異向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔點1750°C。特別是其內(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、耐腐蝕、壓電效應、諧振效應以及其獨特的光學特性，在許多高科技產(chǎn)品中發(fā)揮著越來越重要的作用。高純石英材料作為硅原料的核心原料在硅原料生產(chǎn)與供應中起不可替代的重要基礎作用。隨著能源危機的凸顯，新材料的革新，高純超細英材料在很多高新技術(shù)領域中是不可替代的主要材料。而我國目前SiO2 ^ 99.99%以上的需求量越來越大，國內(nèi)90%依靠國外進口，10%依靠水晶作原料，但水晶資源稀少且價格昂貴，其穩(wěn)定性和二氧化硅純度突破不了 99.99%的標準。如何打破美國、德國、日本、俄羅斯等幾個發(fā)達國家對我國技術(shù)的封鎖，以脈石英取代天然水晶制備高純超細英材料的技術(shù)工藝方法是本發(fā)明最大優(yōu)點。國內(nèi)通常采用制備高純超細英材料方法如:專利號:200710132668.1其工藝流程為:粗選一破碎一焙燒一水淬一磨粉分級一高梯磁磁選一酸浸泡一去離子水洗一干燥一產(chǎn)品。由于脈石英在成礦時因環(huán)境條件影響必定有多種微量有害雜質(zhì)和其它伴生礦物。主要有非金屬礦鐘、納長石、招、5■母等、金屬礦赤鐵礦、揭鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等雜質(zhì)，故此、采用該方法生產(chǎn)的缺點是:①、石英內(nèi)在包`裹體雜質(zhì)沒有得到有效精密去除、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等雜質(zhì)沒有得到有效精密去除、對難溶于酸的非金屬礦雜質(zhì)沒有得到有效精密去除、整個生產(chǎn)流程對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性控制差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；⑤、SiO2含量為99.95%，難以滿足高科技產(chǎn)品應用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種采用脈石英為原料制備高純超石英細材料的新工藝新方法；使高純超細石英材料應用于新型電光源、高絕緣的封接、航空航天儀器、軍工技術(shù)產(chǎn)品、微電子、高檔光學玻璃、石英坩堝主料、石英管、石英棒這類高新技術(shù)領域。為達到上述目的，本發(fā)明的脈石英制備高純石英的工藝是采用脈石英為原料，按下列步驟進行制備:脈石英原礦一激光破碎一電磁焙燒一水淬一磨粉分級一高梯磁磁選一靜電選一微波絡合法除雜一去離子水清洗一烘干；1、對脈石英原礦進行激光破碎、使其伴生礦物與石英分離、符合焙燒粒度的要求、且使石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔；2、對符合焙燒粒度要求的石英顆粒進行電磁焙燒、使其石英礦內(nèi)含有弱磁性鐵礦物(赤鐵礦、揭鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等)變成強磁性的磁鐵礦；
3、對電磁焙燒后的脈石英顆粒快速置于水中快速冷卻，使其礦物內(nèi)在的包裹體、汽泡、水紋受驟冷爆裂，水淬的同時降低礦物硬度；4、對水淬后的礦物采用同質(zhì)介質(zhì)材料進行干法和濕法先粗磨，后超細磨分級，分為 1000-3000 目；5、對超細磨分級后的石英粉進行高梯磁磁選，采用磁強為50-15000高斯的磁選設備，根據(jù)脈石英與雜質(zhì)礦物的磁性差異進行物理除雜，有效去除鐵礦、太鐵礦類似強磁性和弱磁性的雜質(zhì)；6、對高梯磁磁選后的礦物進行靜電選，針對礦物電性差異除去礦物中的非磁性礦即鉀、鈉長石、鋁、云母這類雜質(zhì)；7、對以上I至6項，針對性除雜后的礦物進行微波絡合法除雜，采用理化相結(jié)合的原理，由微波原理激活礦物內(nèi)在金屬雜質(zhì)離子，利用微波的熱量加快絡合藥劑與金屬雜質(zhì)離子快速反應，有效快速精密除去礦物中有害微量雜質(zhì)元素；8、對反應后的礦物進行去離子水清洗，進一步將殘余的化學藥劑和石英粉表面雜質(zhì)去除，降低石英粉的導電率，使PH值達到標準；再進行烘干即制成產(chǎn)品。上述步驟的具體說明:1、原礦采用激光破碎至0.5-1.5cm，符合焙燒粒度的要求，利用激光工作原理使石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔,脈石英礦的擊穿電壓32-34Kv/mm,使其部分包裹體穿透破裂;2、利用激光破碎的余熱和石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔優(yōu)點，縮短了焙燒時間，焙燒溫度500-700°C、焙燒時間1-1.5小時，使其石英礦內(nèi)含有弱磁性鐵礦物(赤鐵礦、揭鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦)變成強磁性 的磁鐵礦；3、為了更有效精密去除礦物內(nèi)在的包裹體、汽泡、水紋對焙燒溫度500-700°C的石英顆粒置于水中急冷水淬，同時降低礦物硬度，再對水淬后的礦物采用同質(zhì)介質(zhì)材料進行先粗磨和再超細磨達到1000-3000目；4、對磨后的超細石英粉采用磁強度為50-15000高斯的磁選設備，根據(jù)脈石英與雜質(zhì)礦物的磁性差異進行物理除雜，有效去除鐵礦、太鐵礦類似強磁性和弱磁，使磁選后的產(chǎn)品含鐵小于5ppm ；5、對高梯磁磁選后的礦物采用電壓為20-30千伏靜電選機，針對礦物電性差異不同除去礦物中的非磁性礦:鉀、鈉長石、鋁、云母等雜質(zhì)，使其該雜質(zhì)含量小于50ppm ；6、對上述1-5項工藝處理后的超細石英粉置于微波反應罐里，再加入絡合藥劑:草酸、檸檬酸、小量氫氟酸進行微波絡合法除雜，微波是一種高頻率的電磁波(每秒24億543磁的超高頻率微波)，利用微波的強力穿透性，使石英晶體、包裹體、汽泡、水紋、裂縫、微小洞孔隙間的金屬離子和溶于酸雜質(zhì)快速震蕩、離位、活性提高，同時在微波熱量促進下與石英中的鐵、鈉、鉛、鈣、鎂等離子進行有效快速精密絡合反應，生產(chǎn)溶于水的穩(wěn)定絡合物；7、上述處理后的超細石英粉主要為水洗和烘干兩步，其中，水洗工序是采用去離子水洗滌，去除反應時生產(chǎn)溶于水的穩(wěn)定絡合物，以降低物料的導電率，采用微波KL-2D-40GZ型干燥機進行干燥，該設備無任何污染，快速節(jié)能，產(chǎn)品水分小于0.5%。本發(fā)明的脈石英制備高純石英的工藝與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)異效果:
1、本發(fā)明利用國內(nèi)豐富脈石英為原料，打破依靠價格昂貴且資源稀少水晶作原料，節(jié)能環(huán)保、降低了成本，替代進口，節(jié)省外匯，適應于新型電光源、高絕緣的封接、航空航天儀器、軍工技術(shù)產(chǎn)品、微電子、高檔光學玻璃、石英坩堝主料、石英管、石英棒這類高新技術(shù)領域。2、本發(fā)明采用激光破碎、電磁焙燒、水淬、磨粉分級、高梯磁磁選、靜電選、微波絡合法等先進技術(shù)除雜，使其Sio2含量達到99.99-99.9998%，雜質(zhì)量含< 30ppm，粒度1000-3000目，替代進口。電子、高檔光學玻璃、石英坩堝主料、石英管、石英棒等行業(yè)要求。3、本發(fā)明采用激光破碎、利用激光工作原理使石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔，使其大部分包裹體穿透破裂，電磁焙燒使其石英礦內(nèi)含有弱磁性鐵礦物(赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等)變成強磁性的磁鐵礦有利下一步高梯磁磁選有效快速精密除去礦物中有害微量雜質(zhì)。4、本發(fā)明采用了靜電選礦，爭對礦物電性差異不同除去礦物中的非磁性礦:鉀、鈉長石、鋁、云母這類雜質(zhì)。5、本發(fā)明·利用微波的強力穿透性，使石英晶體、包裹體、汽泡、水紋、裂縫、微小洞孔隙間的金屬離子和溶于酸雜質(zhì)快速震蕩、離位、活性提高，同時在微波熱量促進下與石英中的微量鐵、鈉、鉛、鈣、鎂等離子進行有效快速精密絡合反應，生產(chǎn)溶于水的穩(wěn)定絡合物，通過固液分離、去離子水洗滌達到有效快速精密除雜目的。6、工藝流程結(jié)構(gòu)合理、除技術(shù)先進高效、易控制、雜有針對性、質(zhì)量指標高、穩(wěn)定性好。


圖1為工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合本發(fā)明的工藝流程圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。1、采用江西奉新縣脈石英原礦含量Sio2彡98.26% Sio2彡99.2%，雜質(zhì)含量為1.5 0.7%，原礦尺寸為彡IOcm左右；2、采用激光破碎、把原礦尺寸為彡IOcm破碎至0.5-1.5cm,使其伴生礦物與石英分離、且使石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔；3、采用電磁焙燒、把破碎至0.5-1.5cm的石英顆粒置于電磁焙燒爐中，利用激光破碎的余熱進行焙燒，焙燒溫度500-700°C，時間1-1.5小時使其石英礦內(nèi)含有弱磁性鐵礦物(赤鐵礦、揭鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等)變成強磁性的磁鐵礦；4、采用水淬、對電磁焙燒溫度500_700°C的石英顆粒置于水中急冷水淬，使其礦物內(nèi)在的包裹體、汽泡、水紋受急冷爆裂，水淬的同時降低礦物硬度；5、采用同質(zhì)介質(zhì)材料的高硅內(nèi)襯球磨機進行先粗磨100-200目，再用同質(zhì)介質(zhì)材料的高硅內(nèi)襯超細磨機進行超細磨達到1000-3000目；6、采用高梯磁磁選、磁強度為50-15000高斯的磁選設備，根據(jù)脈石英與雜質(zhì)礦物的磁性差異進行物理除雜，有效去除鐵礦、太鐵礦類似強磁性和弱磁，使磁選后的產(chǎn)品含鐵小于5ppm ；
7、米用靜電選、對高梯磁磁選后的礦物米用電壓為20-30千伏靜電選機,爭對礦物中電性差異不同除去礦物中的非磁性礦:鉀、鈉長石、鋁、云母這類雜質(zhì)，使其該雜質(zhì)含量小于50ppm ；8、采用微波絡合法除雜、對上述1-7項工藝處理后的超細石英粉置于微波反應罐里，再加入絡合藥劑:草酸、檸檬酸、小量氫氟酸進行微波絡合法除雜，藥劑比例為:石英粉:水=草酸:檸檬酸:氫氟酸(均為工業(yè)用)，即I噸石英粉加入2噸水，石英粉和水的總重量加入3-6%草酸、7-10%檸檬酸，加入2-4%氫氟酸，在微波反應罐里恒溫至50-70°C、反應1-2小時，微波是一種高頻率的電磁波(每秒24億543磁的超高頻率微波)，利用微波的強力穿透性，使石英晶體、包裹體、汽泡、水紋、裂縫、微小洞孔隙間的金屬離子和溶于酸雜質(zhì)快速震蕩、離位、活性提高，同時在微波熱量促進下與石英中的鐵、鈉、鉛、鈣、鋁、鎂等離子進行有效快速精密絡合反應，生產(chǎn)溶于水的穩(wěn)定絡合物，通過固液分離達到除雜目的，雜質(zhì)總量降至小于30ppm ；9、采用去離子水洗，有效去除反應時生產(chǎn)溶于水的穩(wěn)定絡合物，同時降低物料的導電率，去離子水用量與產(chǎn)品比例8: 1，電導率:1ιι.πι;10、采用微波KL-2D-40GZ型干燥機在溫度180_26(TC進行干燥，該設備無任何污染，快速節(jié)能，產(chǎn)品水分小于0.3%。；11、產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標分析:Al 13.4ppm、Cal.lppm、Fe0.7ppm、Lil.3ppm、Mn < 0.lppm、Ti0.lppm、B < 0.1ppm Cu < 0.lppm、K0.9ppm、Mg0.3ppm、Nal.2ppm、Ni < 0.lppm。
`
Sio2 彡 99.99% -99.9998%，雜質(zhì)總量< 18.4ppm。電導率:lu.m。工藝過程原理說明:①、激光破碎利用激光工作原理使石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔，使其大部分包裹體穿透破裂。②、電磁焙燒使其石英礦內(nèi)含有弱磁性鐵礦物(赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等)變成強磁性的磁鐵礦。③、高梯磁磁選根據(jù)脈石英與雜質(zhì)礦物的磁性差異進行物理除雜，有效去除鐵礦、太鐵礦類似強磁性和弱磁。④、靜電選爭對礦物電性差異不同除去礦物中的非磁性礦:鉀、鈉長石、鋁、云母這類雜質(zhì)。⑤、微波絡合法除雜利用理化相結(jié)合的原理，由微波原理激活礦物內(nèi)在金屬雜質(zhì)離子，利用微波的熱量加快絡合藥劑與金屬雜質(zhì)離子快速反應，有效快速精密除去礦物中有害微量雜質(zhì)元素。⑥、去離子水洗滌，去除反應時生產(chǎn)溶于水的穩(wěn)定絡合物，同時降低物料的導電率。生產(chǎn)說明:①、激光破碎、使其伴生礦物與石英分離、符合焙燒粒度的要求、且使石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔。
②、電磁焙燒、使其石英礦內(nèi)含有弱磁性鐵礦物(赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等)變成強磁性的磁鐵礦。③、靜電選，除去礦物中的鉀、鈉長石、鋁、云母等雜質(zhì)。④、微波絡合法除雜、激活礦物內(nèi)在金屬雜質(zhì)離子，加快絡合藥劑與金屬雜質(zhì)離子快速反應。⑤、先采用物理原理對礦物的除雜，再次利用物理原理結(jié)合化學藥劑反應原理同時同步有效快速精密除雜。⑥、采用上述①至⑤項技術(shù)特點使脈石英制備高純石英材料SiO2 ≥ 99.99-99.9 998%。
權(quán)利要求
1.一種脈石英制備高純石英的工藝，經(jīng)過脈石英原礦一激光破碎一電磁焙燒一水淬一磨粉分級一高梯磁磁選一靜電選一微波絡合法除雜一去離子水清洗一烘干，其特征在于 (1)對脈石英原礦進行激光破碎、使其伴生礦物與石英分離、符合焙燒粒度的要求、且使石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔； (2)對符合焙燒粒度要求的石英顆粒進行電磁焙燒、使其石英礦內(nèi)含有弱磁性鐵礦物(赤鐵礦、揭鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等)變成強磁性的磁鐵礦； (3)對電磁焙燒后的脈石英顆?？焖僦糜谒锌焖倮鋮s，使其礦物內(nèi)在的包裹體、汽泡、水紋受驟冷爆裂，水淬的同時降低礦物硬度； (4)對水淬后的礦物采用同質(zhì)介質(zhì)材料進行干法和濕法先粗磨，后超細磨分級，分為1000-3000 目； (5)對超細磨分級后的 石英粉進行高梯磁磁選，采用磁強為50-15000高斯的磁選設備，根據(jù)脈石英與雜質(zhì)礦物的磁性差異進行物理除雜，有效去除鐵礦、太鐵礦類似強磁性和弱磁性的雜質(zhì)； (6)對高梯磁磁選后的礦物進行靜電選，針對礦物電性差異除去礦物中的非磁性礦即鉀、鈉長石、鋁、云母這類雜質(zhì)； (7)對以上I至6項，針對性除雜后的礦物進行微波絡合法除雜，采用理化相結(jié)合的原理，由微波原理激活礦物內(nèi)在金屬雜質(zhì)離子，利用微波的熱量加快絡合藥劑與金屬雜質(zhì)離子快速反應，有效快速精密除去礦物中有害微量雜質(zhì)元素； (8)對反應后的礦物進行去離子水清洗，進一步將殘余的化學藥劑和石英粉表面雜質(zhì)去除，降低石英粉的導電率，使PH值達到標準；再進行烘干即制成產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈石英制備高純石英的工藝，其特征在于 (1)采用江西奉新縣脈石英原礦含量Sio2彡98.26% Sio2彡99.2%，雜質(zhì)含量為.1.5 0.7%，原礦尺寸為彡IOcm左右； (2)采用激光破碎、把原礦尺寸為<IOcm破碎至0.5-1.5cm，使其伴生礦物與石英分離、且使石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔； (3)采用電磁焙燒、把破碎至0.5-1.5cm的石英顆粒置于電磁焙燒爐中，利用激光破碎的余熱進行焙燒，焙燒溫度500-700°C，時間1-1.5小時使其石英礦內(nèi)含有弱磁性鐵礦物(赤鐵礦、揭鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等)變成強磁性的磁鐵礦； (4)采用水淬、對電磁焙燒溫度500-700°C的石英顆粒置于水中急冷水淬，使其礦物內(nèi)在的包裹體、汽泡、水紋受急冷爆裂，水淬的同時降低礦物硬度； (5)采用同質(zhì)介質(zhì)材料的高硅內(nèi)襯球磨機進行先粗磨100-200目，再用同質(zhì)介質(zhì)材料的高硅內(nèi)襯超細磨機進行超細磨達到1000-3000目； (6)采用高梯磁磁選、磁強度為50-15000高斯的磁選設備，根據(jù)脈石英與雜質(zhì)礦物的磁性差異進行物理除雜，有效去除鐵礦、太鐵礦類似強磁性和弱磁，使磁選后的產(chǎn)品含鐵小于 5ppm ； (7)采用靜電選、對高梯磁磁選后的礦物采用電壓為20-30千伏靜電選機，針對礦物中電性差異不同除去礦物中的非磁性礦:鉀、鈉長石、鋁、云母這類雜質(zhì)，使其該雜質(zhì)含量小于50ppm ； (8)采用微波絡合法除雜、對上述1-7項工藝處理后的超細石英粉置于微波反應罐里，再加入絡合藥劑:草酸、檸檬酸、小量氫氟酸進行微波絡合法除雜〔藥劑比例為:石英粉:水=草酸:檸檬酸:氫氟酸，即、I噸石英粉加入2噸水，石英粉和水的總重量加入3-6%草酸、7-10%檸檬酸，加入2-4%氫氟酸，在微波反應罐里恒溫至50-70°C、反應1_2小時〕。微波是一種高頻率的電磁波(每秒24億543磁的超高頻率微波)，利用微波的強力穿透性，使石英晶體、包裹體、汽泡、水紋、裂縫、微小洞孔隙間的金屬離子和溶于酸雜質(zhì)快速震蕩、離位、活性提高，同時在微波熱量促進下與石英中的鐵、鈉、鉛、鈣、鋁、鎂等離子進行有效快速精密絡合反應，生產(chǎn)溶于水的穩(wěn)定絡合物，通過固液分離達到除雜目的，雜質(zhì)總量降至小于30ppm ； (9)采用去離子水洗，有效去除反應時生產(chǎn)溶于水的穩(wěn)定絡合物，同時降低物料的導電率，去離子水用量與產(chǎn)品比例8: 1，電導率:1ιι.πι; (10)采用微波KL-2D-40GZ型干燥機在溫度180-260°C進行干燥，該設備無任何污染，快速節(jié)能，產(chǎn)品水分小于0.3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈石英制備高純石英的工藝，其特征在于 (1)激光破碎、使其伴生礦物與石英分離、符合焙燒粒度的要求、且使石英顆粒擊穿成為無數(shù)微小洞孔； (2)電磁焙燒、使其石英礦內(nèi)含有弱磁性鐵礦物(赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等)變成強磁性的磁鐵礦； (3)靜電選，除去礦物中的鉀、鈉長石、鋁、云母這類雜質(zhì)； (4)微波絡合法除雜、激活礦物內(nèi)在金屬雜質(zhì)離子，加快絡合藥劑與金屬雜質(zhì)離子快速反應; (5)先采用物理原理 對礦物的除雜，再次利用物理原理結(jié)合化學藥劑反應原理同時同步有效快速精密除雜；(6)采用以上①至⑤項技術(shù)使脈石英制備高純石英材料SiO2^ 99.99-99.9998%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈石英制備高純石英的工藝，經(jīng)過脈石英原礦→激光破碎→電磁焙燒→水淬→磨粉分級→高梯磁磁選→靜電選→微波絡合法除雜→去離子水清洗→烘干，本發(fā)明工藝流程結(jié)構(gòu)合理、除技術(shù)先進高效、易控制、雜有針對性、質(zhì)量指標高、穩(wěn)定性好；使高純超細石英材料應用于新型電光源、高絕緣的封接、航空航天儀器、軍工技術(shù)產(chǎn)品、微電子、高檔光學玻璃、石英坩堝主料、石英管、石英棒這類高新技術(shù)領域。
文檔編號C01B33/12GK103086382SQ201210393410
公開日2013年5月8日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者劉少云, 劉俠 申請人:劉少云