[发明专利]一种用酸蒸汽去除高纯石英砂杂质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高纯石英砂的制备，具体涉及一种用酸蒸汽去除高纯石英砂杂质的方法。

技术背景

石英玻璃由于具有优异的高温热稳定性、化学稳定性、光学性能以及电学性能而作为重要的基础材料被广泛应用于电光源、半导体、光伏、光通信、激光技术、航天技术和军事技术等行业。随着现代科技的高速发展，现今各领域对于石英玻璃需求用量的不断增加，对其原料高纯石英砂的市场需求量随之增加。而高纯石英砂的原料矿天然水晶资源已近枯竭，不能满足现代高科技发展的需求，促使人们探索能替代水晶的石英玻璃原料矿种。用天然石英矿生产高纯石英砂时，石英中包裹了不少难以去除的杂质，不但影响石英玻璃的表观特征(会产生大量的气泡、气线)，而且还严重影响石英玻璃的高温稳定性、机械强度及光学性能。

生产高纯石英砂的工艺步骤较多，主要分为物理提纯和化学提纯。一般包括磁选、浮选、水淬、酸洗、煅烧、高温氯化等，其中酸洗能去除石英砂表面的大部分杂质，在一定的范围内能大大提高石英砂的纯度。但是对于较深层细小缝隙里的杂质，由于酸很难到达与之接触反应，所以酸洗对于砂表面的杂质有较好的去除效果，但是很难去除较深层细小缝隙里的杂质。目前较多的是采用延长酸洗时间或动态酸洗来增加酸和砂的接触机会，已达到更好的除杂效果，但是收效不是很好。

为提高酸洗除杂效果，研究者们试图通过优化提纯工艺和条件，达到提高除杂效果的目的。中国专利CN102225766A介绍了通过结合多种提纯手段制备高纯石英砂的方法，该方法制备的产品可满足太阳能工业的应用要求，但该方法中的酸洗工艺仅仅是用混酸在保温条件下静置浸泡，酸液和砂没有充分的接触，且接近砂表面的酸杂质浓度较大，静置的条件也不利于酸向砂表面扩散，很难达到理想的效果。专利CN200999202Y介绍了一种新型酸洗设备，在动态条件下酸洗石英砂，且实现了集酸浸、清洗、分级和干燥多种过程于一体化操作，可以简化操作流程，提高提纯工艺的效率。虽然液态的酸能混分的浸没砂的表面，但是对于砂表面的细小裂缝很难渗入进去，其液态酸的酸洗效果有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是针对现有酸洗存在除杂效果不好、处理时间长、效率低和后续难以清洗等不足，提供一种用酸蒸汽去除石英砂杂质的方法。该方法能有效去除石英砂细小裂缝中的杂质。

本发明的技术方案提供了一种用酸蒸汽去除高纯石英砂杂质的方法，在设备内加热混酸产生酸蒸汽，逆流的酸蒸汽经过石英砂并与其充分接触反应，然后经过水洗、烘干，再进行提纯处理；所述的设备底部带有加热装置且中部有可活动微孔滤板的耐酸容器，混酸装入底部，待处理的石英砂平铺于微孔滤板上；所述的混酸为盐酸、硝酸、氢氟酸的任意两种或三种的混合酸，总酸浓度为10％-60％。

根据上述技术方案提供的方法，石英砂是经过浮选、磁选、电选、水淬提纯后的石英砂。

根据上述技术方案提供的方法，提纯包括但不限于高温氯化。

根据上述技术方案提供的方法，所述石英砂中杂质元素Al、Fe、Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、Mn、Cr、Cu、Ni和B的总含量≤150 ppm、含水量≤1％。

根据上述技术方案提供的方法，石英砂的粒度为50-200目。

根据上述技术方案提供的方法，加热混酸处理的温度为60-99℃。

根据上述技术方案提供的方法，热处理的时间为30min-24h。

根据上述技术方案提供的方法，烘干石英砂的温度为100-200℃。

根据上述技术方案提供的方法，混酸与石英砂的用量比为1L:1-500。

本发明使用的定义“13种标准杂质元素”是指Al、Fe、Li、Na、K、Ca、Mg、Ti、Mn、Cr、Cu、Ni、B。

本发明所述的热处理设备包括加热板、马弗炉，在本发明的一些实施方式中，采用马弗炉作为热处理设备。

本发明的实施方式中使用的水均为去离子水。

除非明确地说明与此相反，否则，本发明引用的所有范围包括端值。例如，“加热至60-100℃”表示温度T的范围为60℃≤T≤100℃。

本发明的有益效果在于：