本發(fā)明涉及石英石提純技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種石英砂的提純方法。

背景技術(shù)：

高純石英砂一般是指sio2含量高于99.9％的石英微粉，主要應(yīng)用在ic的集成電路和石英玻璃等行業(yè)，其高等產(chǎn)品更被廣泛應(yīng)用在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、光纖、激光、航天、軍事等領(lǐng)域。石英砂的提純主要是除去其中少量或微量雜質(zhì)，獲得高純石英砂?，F(xiàn)有技術(shù)主要采用常規(guī)磁選、浮選、酸浸等物理及化學(xué)手段對(duì)石英砂原料雜質(zhì)礦相、表面元素雜質(zhì)等進(jìn)行去除，從而獲得一定純度的石英砂。但對(duì)于石英砂晶格雜質(zhì)的去除難度極大，經(jīng)過(guò)酸浸作用后已經(jīng)達(dá)到該工藝的提純極致。若過(guò)度增大酸用量、升高溫度或延長(zhǎng)時(shí)間都只能造成石英礦物的整體溶蝕，降低精礦產(chǎn)率，而且對(duì)晶格內(nèi)的雜質(zhì)元素并不能起到提純效果。因此，晶格雜質(zhì)往往成為高純石英砂加工過(guò)程中難以突破的最終瓶頸。

目前去除晶格雜質(zhì)的方法主要有氯化焙燒工藝，氯化焙燒又稱氯化脫氣，是指在一定條件下，在氯化劑作用下使礦物原料中的某些成分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)或凝聚態(tài)的氯化物，從而使組分分離或者富集的過(guò)程，目前氯化焙燒所使用的氯化劑一般為cl2、hcl或兩者的混合，然而在1500℃以下，氯氣無(wú)法與金屬氧化物直接反應(yīng)，需要加入碳質(zhì)還原劑進(jìn)行加碳氯化反應(yīng)才能達(dá)到提純目的，同時(shí)還需去除剩余的碳，提純工藝復(fù)雜；若采用氯化氫作為氯化劑，難以去除特殊晶型的氧化鋁雜質(zhì)。

鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種石英砂的提純方法，采用四氯化硅為氯化劑，在高溫流化床中對(duì)石英砂雜質(zhì)進(jìn)行提純，提純效率高，環(huán)保壓力小，過(guò)程成本低，工藝簡(jiǎn)單，可得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種石英砂的提純方法，對(duì)石英石礦石原料進(jìn)行處理得到石英砂細(xì)粉，使用流化床反應(yīng)器作為氯化反應(yīng)器，以四氯化硅作為氯化劑在高溫流化床中對(duì)石英砂細(xì)粉進(jìn)行高溫氯化處理，得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

所述石英砂的提純方法，具體包括如下步驟：

a.水洗脫除石英砂礦石原料表面附著的污泥，再破碎成10～20mm小塊石英砂。

b.將小塊石英砂在1250～1450℃溫度條件下煅燒5～10h后，直接置于常溫冷水中進(jìn)行快速冷卻至常溫，過(guò)濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂。

c.對(duì)水淬后的小塊石英砂進(jìn)行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂。

d.將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為40～150目的石英砂細(xì)粉。

e.將四氯化硅氣體從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制四氯化硅氣體溫度為1250～1650℃，再持續(xù)從氯化反應(yīng)器頂部通入石英砂細(xì)粉，高溫氯化過(guò)程控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.1～0.5m/s，使石英砂細(xì)粉在高溫四氯化硅氣體帶動(dòng)下呈流化態(tài)，進(jìn)行高溫氯化提純10～15h，得到氯化提純后的石英砂。在高溫流化床中，石英砂金屬雜質(zhì)與四氯化硅進(jìn)行如下反應(yīng)：

3sicl4(g)+2fe2o3＝3sio2+4fecl3(g)；

3sicl4(g)+2al2o3＝3sio2+4alcl3(g)；

sicl4(g)+2mgo＝sio2+2mgcl2(g)；

sicl4(g)+2cao＝sio2+2cacl2(g)；

sicl4(g)+tio2＝sio2+2ticl4(g)。

f.對(duì)氯化提純后的石英砂進(jìn)行水洗處理，得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

g.將提純過(guò)程中形成的混合氣體從氯化反應(yīng)器頂部排出后，將該混合氣體冷卻至常溫，混合氣體冷卻形成含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液。

h.在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對(duì)含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液進(jìn)行閃蒸分離，復(fù)用分離所得四氯化硅氣體。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明采用四氯化硅為氯化劑，在高溫流化床中對(duì)石英砂進(jìn)行提純，提純效率高，且未反應(yīng)的四氯化硅經(jīng)簡(jiǎn)單冷卻、閃蒸處理后可回收再利用，環(huán)保壓力小，過(guò)程成本低；

(2)本發(fā)明采用高溫氯化方式對(duì)石英砂中金屬氧化物雜質(zhì)進(jìn)行提純處理，工藝簡(jiǎn)單，可得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明石英砂的提純方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種石英砂的提純方法，包括如下步驟：

a.水洗脫除石英砂礦石原料表面附著的污泥，再破碎成10～20mm小塊石英砂。

b.將小塊石英砂在1250～1450℃溫度條件下煅燒5～10h后，直接置于常溫冷水中進(jìn)行快速冷卻至常溫，過(guò)濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂。

c.對(duì)水淬后的小塊石英砂進(jìn)行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂。

d.將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為40～150目的石英砂細(xì)粉。

e.將四氯化硅氣體從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制四氯化硅氣體溫度為1250～1650℃，再持續(xù)從氯化反應(yīng)器頂部通入石英砂細(xì)粉，高溫氯化過(guò)程控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.1～0.5m/s，使石英砂細(xì)粉在高溫四氯化硅氣體帶動(dòng)下呈流化態(tài)，進(jìn)行高溫氯化提純10～15h，得到氯化提純后的石英砂。

f.對(duì)氯化提純后的石英砂進(jìn)行水洗處理，得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

g.將提純過(guò)程中形成的混合氣體從氯化反應(yīng)器頂部排出后，將該混合氣體冷卻至常溫，混合氣體冷卻形成含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液。

h.在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對(duì)含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液進(jìn)行閃蒸分離，復(fù)用分離所得四氯化硅氣體。

本發(fā)明采用四氯化硅為氯化劑，在高溫條件下對(duì)石英砂進(jìn)行提純，去除晶格雜質(zhì)，與氯氣、氯化氫等氯化劑相比具有如下優(yōu)勢(shì)：

(1)四氯化硅沸點(diǎn)較高，常溫常壓下為液態(tài)，儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)運(yùn)更安全、方便，而氯氣、氯化氫常溫常壓下為氣態(tài)，需要加壓成液態(tài)后進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，安全要求較高；

(2)因四氯化硅沸點(diǎn)較高，可在常壓下直接進(jìn)行常溫冷卻即可將剩余未消耗的四氯化硅進(jìn)行回收再循環(huán)利用，而對(duì)于氯氣、氯化氫需經(jīng)過(guò)加壓低溫冷卻后再進(jìn)行回收循環(huán)利用，所需設(shè)備更復(fù)雜，過(guò)程消耗更大，成本更高；

(3)在高溫條件下，四氯化硅與鐵、鎳、鉻等金屬不發(fā)生反應(yīng)，因此可采用常規(guī)加熱器即可達(dá)到四氯化硅的加熱要求，而在較高溫度條件下，氯氣、氯化氫對(duì)鐵、鎳、鉻等金屬造成高溫腐蝕，需要采用特殊加熱材料對(duì)其進(jìn)行加熱，設(shè)備要求苛刻，設(shè)備制作成本高，安全風(fēng)險(xiǎn)大；

(4)由于在高溫條件下四氯化硅可直接與金屬氧化物雜質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，且反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化硅，提純工藝簡(jiǎn)單；在1500℃以下，氯氣無(wú)法與金屬氧化物直接反應(yīng)，需要加入碳質(zhì)還原劑進(jìn)行加碳氯化反應(yīng)才能達(dá)到提純目的，同時(shí)還需去除剩余的碳，提純工藝復(fù)雜；若采用氯化氫作為氯化劑，難以去除特殊晶型的氧化鋁雜質(zhì)。

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

(1)將石英砂礦石原料表面附著的污泥用水沖洗干凈，再使用破碎機(jī)將其破碎成10～20mm小塊石英砂；

(2)將步驟(1)中得到的10～20mm小塊石英砂放入天然氣煅燒爐中，在1300～1350℃溫度條件下對(duì)小塊石英砂煅燒6h后，直接將高溫石英砂置于常溫冷水中進(jìn)行快速冷卻至常溫，過(guò)濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂；

(3)對(duì)水淬后的小塊石英砂進(jìn)行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂；

(4)使用磨粉機(jī)將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為40～100目的石英砂細(xì)粉；

(5)使用汽化器對(duì)四氯化硅進(jìn)行汽化處理后，控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.4m/s，將四氯化硅氣體持續(xù)從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制加熱系統(tǒng)將四氯化硅氣體加熱至1350℃；從氯化反應(yīng)器頂部將步驟(4)得到的40～100目石英砂細(xì)粉加入到氯化反應(yīng)器中，直至流化床靜止床層高度為1.5m，石英砂細(xì)粉在高溫四氯化硅氣體帶動(dòng)下呈流化態(tài)，進(jìn)行高溫氯化提純12h，得到氯化提純后的石英砂；提純過(guò)程中形成的混合氣體從反應(yīng)器頂部排出后，通過(guò)水冷方式形成混合液、閃蒸分離混合液形成四氯化硅氣體后(經(jīng)水冷方式冷卻至常溫后，混合氣體形成為含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液，在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對(duì)混合液進(jìn)行閃蒸分離后得到四氯化硅氣體)，再次通入氯化反應(yīng)器中進(jìn)行循環(huán)利用。

(6)對(duì)高溫氯化提純后的石英砂進(jìn)行水洗處理，得到高純石英砂產(chǎn)品。

(7)對(duì)得到的高純石英砂產(chǎn)品進(jìn)行成分檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)：sio2重量含量為99.993％，fe含量≤7ppm，al含量≤10ppm，ca含量≤3ppm，mg含量≤4ppm，k含量≤1ppm，na含量≤1ppm。

實(shí)施例2：

(1)將石英砂礦石原料表面附著的污泥用水沖洗干凈，再使用破碎機(jī)將其破碎成10～20mm小塊石英砂；

(2)將步驟(1)中得到的10～20mm石英砂放入天然氣煅燒爐中，在1350～1400℃溫度條件下對(duì)石英砂煅燒5h后，直接將高溫石英砂置于常溫冷水中進(jìn)行快速冷卻至常溫，過(guò)濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂；

(3)對(duì)水淬后的小塊石英砂進(jìn)行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂；

(4)使用磨粉機(jī)將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為60～120目的石英砂細(xì)粉；

(5)使用汽化器對(duì)四氯化硅進(jìn)行汽化處理后，控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.25m/s，將四氯化硅氣體持續(xù)從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制加熱系統(tǒng)將四氯化硅氣體加熱至1450℃；從氯化反應(yīng)器頂部將步驟(4)得到的60～120目石英砂細(xì)粉加入到反應(yīng)器中，直至流化床靜止床層高度為1.5m，石英砂細(xì)粉在高溫四氯化硅氣體帶動(dòng)下呈流化態(tài)，進(jìn)行高溫氯化提純10h，得到氯化提純后的石英砂；提純過(guò)程中形成的混合氣體從反應(yīng)器頂部排出后，通過(guò)水冷方式形成混合液、閃蒸分離混合液形成四氯化硅氣體后(經(jīng)水冷方式冷卻至常溫后，混合氣體形成為含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液，在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對(duì)混合液進(jìn)行閃蒸分離后得到四氯化硅氣體)，再次通入氯化反應(yīng)器中進(jìn)行循環(huán)利用。

(6)對(duì)高溫氯化提純后的石英砂進(jìn)行水洗處理，得到高純石英砂產(chǎn)品。

(7)對(duì)得到的高純石英砂產(chǎn)品進(jìn)行組分檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)：sio2重量含量為99.996％，fe含量≤4ppm，al含量≤5ppm，ca含量≤2ppm，mg含量≤3ppm，k含量≤1ppm，na含量≤1ppm。

實(shí)施例3：

(1)將石英砂礦石原料表面附著的污泥用水沖洗干凈，再使用破碎機(jī)將其破碎成10～20mm小塊石英砂；

(2)將步驟(1)中得到的中10～20mm石英砂放入天然氣煅燒爐中，在1250～1300℃溫度條件下對(duì)石英砂煅燒7h后，直接將高溫石英砂置于常溫冷水中進(jìn)行快速冷卻至常溫，過(guò)濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂；

(3)對(duì)水淬后的小塊石英砂進(jìn)行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂；

(4)使用磨粉機(jī)將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為80～150目的石英砂細(xì)粉；

(5)使用汽化器對(duì)四氯化硅進(jìn)行汽化處理后，控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.2m/s，將四氯化硅氣體持續(xù)從底部通入氯化反應(yīng)器中，控制加熱系統(tǒng)將四氯化硅氣體加熱至1500℃；從氯化反應(yīng)器頂部將步驟(4)中得到的80～150目石英砂細(xì)粉加入到反應(yīng)器中，直至流化床靜止床層高度為1.5m，石英砂細(xì)粉在高溫四氯化硅氣體帶動(dòng)下呈流化態(tài)，進(jìn)行高溫氯化提純11h，得到氯化提純后的石英砂；提純過(guò)程中形成的混合氣體從反應(yīng)器頂部排出后，通過(guò)水冷方式形成混合液、閃蒸分離混合液形成四氯化硅氣體后(經(jīng)水冷方式冷卻至常溫后，混合氣體形成為含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液，在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對(duì)混合液進(jìn)行閃蒸分離后得到四氯化硅氣體)，再次通入氯化反應(yīng)器中進(jìn)行循環(huán)利用。

(6)對(duì)高溫氯化提純后的石英砂進(jìn)行水洗處理，得到超高純石英砂產(chǎn)品。

(7)對(duì)得到的高純石英砂產(chǎn)品進(jìn)行組分檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)：sio2重量含量為99.999％，fe含量≤3ppm，al含量≤2ppm，ca含量≤2ppm，mg含量≤2ppm，k含量≤1ppm，na含量≤1ppm。

通過(guò)上述實(shí)施例及其結(jié)果表明，本發(fā)明采用高溫氯化方式對(duì)石英砂中金屬氧化物雜質(zhì)進(jìn)行提純處理，工藝簡(jiǎn)單，可得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂；采用四氯化硅為氯化劑，未反應(yīng)的四氯化硅經(jīng)簡(jiǎn)單冷卻、閃蒸處理后可回收再利用，環(huán)保壓力小，過(guò)程成本低。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種石英砂的提純方法，其特征在于，對(duì)石英石礦石原料進(jìn)行處理得到石英砂細(xì)粉，使用流化床反應(yīng)器作為氯化反應(yīng)器，以四氯化硅作為氯化劑在高溫流化床中對(duì)石英砂細(xì)粉進(jìn)行高溫氯化處理，得到sio2重量含量大于99.9％的高純石英砂。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英砂的提純方法，其特征在于，所述高溫氯化處理過(guò)程具體為：將四氯化硅氣體從底部通入氯化反應(yīng)器中，再持續(xù)從氯化反應(yīng)器頂部通入石英砂細(xì)粉，使石英砂細(xì)粉在高溫四氯化硅氣體帶動(dòng)下呈流化態(tài)，得到氯化提純后的石英砂。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英砂的提純方法，其特征在于，高溫氯化過(guò)程中，控制四氯化硅熱態(tài)空床流速為0.1～0.5m/s。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英砂的提純方法，其特征在于，高溫氯化過(guò)程中，控制四氯化硅氣體溫度為1250～1650℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英砂的提純方法，其特征在于，進(jìn)行高溫氯化提純時(shí)間為10～15h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的石英砂的提純方法，其特征在于，對(duì)氯化提純后的石英砂進(jìn)行水洗。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的石英砂的提純方法，其特征在于，在高溫氯化處理后，還包括將提純過(guò)程中形成的混合氣體從氯化反應(yīng)器頂部排出后，將該混合氣體冷卻至常溫，混合氣體冷卻形成含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液，對(duì)含有金屬氯化物固體的四氯化硅混合液進(jìn)行閃蒸分離，形成四氯化硅氣體，復(fù)用分離所得四氯化硅氣體。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石英砂的提純方法，其特征在于，在溫度為70～80℃、表壓為15～20kpa條件下對(duì)混合液進(jìn)行閃蒸分離，得到四氯化硅氣體。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的石英砂的提純方法，其特征在于，所述石英砂細(xì)粉粒度為40～100目。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的石英砂的提純方法，其特征在于，所述對(duì)石英石礦石原料進(jìn)行處理得到石英砂細(xì)粉的過(guò)程具體包括：

a.水洗脫除石英砂礦石原料表面附著的污泥，再破碎成10～20mm小塊石英砂；

b.將小塊石英砂在1250～1450℃溫度條件下煅燒5～10h后，直接置于常溫冷水中進(jìn)行快速冷卻至常溫，過(guò)濾去掉冷卻水，得到水淬后的小塊石英砂；

c.對(duì)水淬后的小塊石英砂進(jìn)行烘烤，除去水分，使得小塊石英砂水分重量含量＜0.5％，得到干燥后的小塊石英砂；

d.將干燥后的小塊石英砂粉碎至粒度為40～150目的石英砂細(xì)粉。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種石英砂的提純方法，對(duì)石英石礦石原料進(jìn)行水洗、破碎、煅燒、水淬、干燥處理得到石英砂細(xì)粉后，采用四氯化硅為氯化劑，在高溫流化床中對(duì)石英砂細(xì)分進(jìn)行提純，去除石英砂晶格雜質(zhì)，可得到SiO2重量含量大于99.9％的高純石英砂，提純效率高，工藝簡(jiǎn)單，且未反應(yīng)的四氯化硅經(jīng)簡(jiǎn)單冷卻、閃蒸處理后可回收再利用，環(huán)保壓力小，過(guò)程成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：李琴

受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川敏田科技發(fā)展有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.05.28

技術(shù)公布日：2021.07.30