[发明专利]一种从自然界沙子中提取SiO2

说明书

本发明公开了一种从自然界沙子中提取SiO₂的方法。所述提取方法以沙子为原料，通过机械球磨的方法将沙子细化，装入密闭的反应器中，加入过量稀盐酸和CO₂，加热并保温。待反应结束并冷却后，回收反应器中的气体，过滤洗涤烘干煅烧，即可获得纯度较高的SiO₂。本发明方法原料廉价易得，工艺简单，能耗低，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，主要涉及一种从自然界沙子中提取SiO₂的方法。

背景技术

为满足高速发展的半导体产业、光伏产业以及传统玻璃产业的需求，二氧化硅的提纯技术受到越来越多的关注。二氧化硅的纯度主要取决于石英矿本身，其中的钠、钾、铝、钛、铁等元素难以除去。目前工业上提纯二氧化硅通常是先用物理方法除去大部分杂质，再通过化学方法除去微量杂质。二氧化硅的化学提纯方法主要有以下几种：(1)酸浸法是通过大量混合酸(盐酸、硫酸、硝酸等)溶解部分杂质元素。周永恒教授通过在混合酸中加入0.4～0.5酸水比的氢氟酸，极大程度上祛除了石英粉中的杂质Al(高纯度石英的酸浸实验研究,周永恒，矿物岩石，第25卷第3期，第23-26页，公开日：20050931)。然而这种方法使用了氢氟酸，不仅污染严重，还对石英本身造成一定损失。(2)络合法是使用一种中等强度的有机酸，使其与硅酸盐反应生成稳定的配位化合物，不产生沉淀，降低杂质含量。Panias解释了氧化铁在草酸中溶解的机理(Mechanisms of dissolution of iron oxides inaqueous oxalic acid solution,Panias.D,Taxiarchou. M,Paspaliaris.I,Hydrometallurgy,9,257-265,1996]。湖南浏阳的石英砂经草酸处理后，氧化铁含量降低到0.1％，SiO₂含量从98.26％升高到99.81％(“粉石英制取电子级结晶型硅微粉的研究”，张宇平，中南大学：无机化学，公开日： 20070910)。(3)将二氧化硅矿石和氯化剂(包括氯气、氯化铵等)混合加热到 1000℃进行焙烧。氯化剂能与矿石中的碱金属、碱土金属及过渡金属反应，从而祛除杂质(CN201110447535.X，申请日20111229)。(4)将二氧化硅在600-1200℃下通入CO₂和水蒸气反应2～6h，冷却后加入稀盐酸进行酸洗，纯化得到二氧化硅(CN201110173083.0，申请日20110624)。以上方法存在着反应速率缓慢、能耗高、污染严重等缺点。

地球上二氧化硅资源丰富，除石英矿外另一个主要来源是沙子。沙子成本低廉、容易获得且亟待开发，其主要成分是二氧化硅及硅酸盐，含其他杂质大于25％。在一定温度压力下，二氧化硅能与CO₂反应，使硅酸盐转化为碳酸盐，可通过酸洗除去。而且，CO₂作为温室气体，其固定和利用方法有助于减缓温室效应。因此，探究一种将廉价易得的沙子和温室气体CO₂反应从而提取出较高纯度的SiO₂的方法具有重要的战略意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供能利用温室气体CO₂从沙子中提取二氧化硅的方法，其原料廉价易得，工艺简单，能耗低，可以有效除去沙子中大部分的杂质元素。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种从自然界沙子中提取SiO₂的方法，包括如下步骤：

(1)通过机械球磨的方法，将沙子的颗粒尺寸减小至微米级或以下；

(2)将细化后的沙子装入反应器中，并向反应器中加入盐酸，然后密封反应器；

(3)同时往密封反应器中通入CO₂气体，将反应器内的样品加热至 200～450℃，保温1～24h；