一種高純石英砂制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高純石英砂的制備方法，具體涉及一種應用于單晶硅電弧石英坩堝制備用的高純石英砂提純技術。本方法采用石英石為基本原料，通過粗洗、破碎、焙燒、水淬、粉碎分級、電場誘導擴散、熱壓酸洗、熱壓堿洗、電場干預浮選、氯化處理、烤砂、磁選等步驟，獲得雜質(zhì)總量控制在16ppm以內(nèi)、純度大于99.99%的高純石英砂。其中采用電場誘導擴散技術引導石英石中雜質(zhì)離子擴散至石英砂粒表面，進而采用熱壓酸洗與熱壓堿洗工藝大幅提高了石英砂中雜質(zhì)浸出效率，采用電場干預浮選技術提高了雜質(zhì)顆粒的浮選清除效率。
【專利說明】-種高純石英砂制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于高純石英材料制備【技術領域】，具體涉及一種應用于單晶娃電弧石英巧 巧制備用的高純石英砂提純技術。
[0002]

【背景技術】
[0003] 高純石英砂是制造石英玻璃、太陽能電池和集成電路芯片的主要原材料，大量應 用于信息電子、新能源、新材料等【技術領域】，在石英玻璃、集成電路芯片、太陽能電池、光纖、 激光器件等領域有著廣泛的應用。
[0004] 隨著科學技術的進步，光電源、電子工業(yè)、光通訊、集成電路等高科技產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā) 展，對高純度的石英原料的需要量很大。如在單晶娃材料制備過程中，石英巧巧是直拉單晶 娃生長過程中的重要材料，優(yōu)質(zhì)、高純單晶娃的生長首先要求嚴格控制石英巧巧材質(zhì)中的 雜質(zhì)含量。生產(chǎn)石英巧巧時所用原料要求其純度高、一致性好，粒度分布均勻。如其有害成 分高時還會影響到石英巧巧的耐溫性，同時出現(xiàn)氣泡、色斑、脫皮等現(xiàn)象，嚴重時造成石英 巧巧軟化漏娃。
[0005] 早期我國高純石英砂大部分是從水晶中制取的。水晶在我國的儲量有限，并且由 于分布呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)，價格昂貴，質(zhì)地不均勻，有些礦物雜質(zhì)和工業(yè)過程中的混雜物不可 能除掉，導致高純石英砂生產(chǎn)的批量較小，質(zhì)量不穩(wěn)定。同時生產(chǎn)過程中對水晶原料的質(zhì)量 要求很高，通常要求其Si&純度大于99. 9%、甚至99. 99%，允許的雜質(zhì)含量非常低，因此只 有高品質(zhì)天然一、二級水晶能達到要求。隨著天然水晶資源、特別是高品級天然水晶資源的 日趨枯竭，開發(fā)優(yōu)質(zhì)、高效的石英原料提純技術就成為滿足高純石英原料應用需求的一項 關鍵技術。
[0006] 目前，利用自然界大量存在的娃石，經(jīng)提純后制備高純石英原料已成為代替天然 水晶的最為有效的途徑。國外早在20世紀70年代就開始研究利用石英砂制備高純石英 砂的技術，目前美國處于領先水平。我國自20世紀80年代起開始石英砂原料的提純和生 產(chǎn)工作，也取得了較大進展?，F(xiàn)有傳統(tǒng)的石英砂的制備工藝為：粗選一破碎一賠燒一水碎 一粉碎一除鐵一酸洗一浮選等工藝，最后制成80-100目的產(chǎn)品。該種提純工藝較難有效 去除石英內(nèi)部的包裹雜質(zhì)，特別是內(nèi)部的堿金屬離子鐘、軸等的去除效果更差，石英砂純度 難W提高。如現(xiàn)有技術中，CN101391871公開了 "一種制備高純石英砂的方法"，將干燥后 的石英砂置于高濃度的硫酸、鹽酸、硝酸或氨氣酸中，除去石英砂中的微量金屬和非金屬雜 質(zhì)，該種酸浸工藝中雜質(zhì)浸出效率偏低，不能對石英砂內(nèi)部雜質(zhì)進行深度去除。CN1562743A 和CN102180584A分別采用"冷爆炸"和"微波加熱"技術試圖在石英砂表面產(chǎn)生微裂紋，W 增加石英砂粒中雜質(zhì)的溶出量，但對于固態(tài)石英砂內(nèi)部的雜質(zhì)離子擴散和溶出來說影響有 限。因此，開發(fā)一種大幅提升石英砂粒內(nèi)部雜質(zhì)離子的溶出效率和雜質(zhì)顆粒浮選清除效率 的高純石英砂材料制備技術意義重大。
[0007]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于為了解決石英砂粒中雜質(zhì)離子溶出、酸洗、堿洗W及浮選效率 較低等問題，在現(xiàn)有石英砂提純技術的基礎上，采用電場誘導擴散、熱壓酸洗、熱壓堿洗、電 場干預浮選等新技術大幅提升雜質(zhì)溶出效率和清除效率，克服上述現(xiàn)有技術中的不足，提 供一種制備高純石英砂的方法。
[0009] 本發(fā)明的技術方案是；整個提純工藝步驟依次包括：粗洗、破碎、賠燒、水渾、粉碎 分級、電場誘導擴散、熱壓酸洗、熱壓堿洗、電場干預浮選、氯化處理、烤砂、磁選。
[0010] 首先選取二氧化娃含量在99. 95% W上的石英石為原料，經(jīng)兩次清洗除雜處理并 破碎至直徑1至5厘米后，置于電爐中加熱至85(T95(rC恒溫2小時后水渾，并除雜、粉碎 至50-180目，得到粉碎石英料。
[0011] 將粉碎石英料置于20(T60(rC溫度下，利用金屬電極施加強度為20(T500V/cm的 直流電場，加載時間為2^12h，進行電場誘導擴散。
[0012] 將粉碎石英料置于耐壓反應蓋中，加入濃度為25^33%的鹽酸和36^44%的氨氣 酸，浸沒并密閉，加熱至5(Tl5(rC酸浸48 h，然后濾除酸液并沖洗直至完全除酸。
[0013] 將粉碎石英料置于耐壓反應蓋中，加入濃度為廣1.5%的碳酸軸溶液，浸沒并密 閉，加熱至5(Tl5(rC堿浸1-化，然后濾除堿液并沖洗直至完全除堿。
[0014] 將經(jīng)酸洗、堿洗的石英料置于5(Ti5(rc溫度下，利用金屬電極施加電場強度 為200?500V/cm的直流電場廣化，而后投入浮選機內(nèi)進行浮選，浮選后濾除浮選液，用 4(TC -6(TC的純水沖洗直至完全去除浮選液。
[0015] 用4(TC -6(TC的純水浸沒經(jīng)浮選的石英料，并通入氯氣進行氯化處理，氯化處理 后濾除處理液，再用75 % -99 %的酒精浸沒，醇洗60-80分鐘，濾除醇洗液，用純水沖選直至 完全去除醇洗液，再投入烤砂機進行78(TC -85(TC的烘烤，烤完再用磁選機進行磁選，并篩 分后得成品。
[0016] 在石英砂提純過程中，引入電場誘導擴散技術。將石英砂置于較高溫度下并施加 直流電場，在直流電場的誘導下存在于石英砂粒內(nèi)部的堿金屬和堿±金屬離子可從砂粒內(nèi) 部擴散到表面，因而在酸洗過程中易于清除。
[0017] 在石英砂熱壓酸洗和熱壓堿洗過程中，整個反應過程置于耐壓反應蓋中密閉。當 溫度提高后至酸堿溶液沸點后，反應蓋內(nèi)壓力大幅提高，在高溫高壓狀態(tài)下可大幅提高酸 洗和堿洗效率。
[0018] 在浮選過程中，首先將經(jīng)過酸洗、堿洗的石英砂粒置于直流電場中，可W改變砂粒 表面、尤其是雜質(zhì)顆粒表面電荷吸附狀態(tài)，進而在浮選過程中雜質(zhì)顆粒容易漂浮而被清除， 可明顯提升浮選效率。
[0019] 本發(fā)明具有W下有益效果： 在傳統(tǒng)石英砂提純工藝中引入電場誘導擴散技術可W將原來難W除去的石英砂粒內(nèi) 部雜質(zhì)拉至顆粒表面，熱壓酸洗和熱壓堿洗技術大幅提高雜質(zhì)離子的溶出效率，進而利用 電場干預浮選技術提高雜質(zhì)顆粒的浮選清除效率。通過簡單而實用的工藝技術創(chuàng)新可大幅 提升高純石英砂的提純效率和純度，具有明顯的經(jīng)濟和實際應用價值。
[0020]

【具體實施方式】
[0021] 選取二氧化娃含量在99. 95% W上的石英石為原料，依次經(jīng)過粗洗、破碎、賠燒、 水渾、粉碎分級、電場誘導擴散、熱壓酸洗、熱壓堿洗、電場干預浮選、氯化處理、烤砂、磁選 等工藝步驟，可獲得高純度優(yōu)質(zhì)石英砂產(chǎn)品。
[0022] 表1為高純石英砂提純工藝的部分工藝參數(shù)和產(chǎn)品性能 實施例1 選取純度在99. 95% W上的石英石為原料，經(jīng)粗洗、破碎、賠燒、水渾、粉碎分級后，置 于20(TC溫度下施加強度為200V/cm的直流電場化，進行電場誘導擴散。而后置于耐壓反 應蓋中，加入濃度為25%的鹽酸和36%的氨氣酸，加熱至5(TC酸浸48 h。再將粉碎石英料 置于耐壓反應蓋中，加入濃度為1%的碳酸軸溶液，加熱至5(TC堿浸比。將經(jīng)酸洗、堿洗的 石英料置于50°C溫度下，利用金屬電極施加電場強度為200V/cm的直流電場比，而后投入 浮選機內(nèi)進行浮選，再經(jīng)氯化處理、烤砂、磁選等工藝步驟得到雜質(zhì)總量在16PPM W下的高 純石英砂。
[002引 實施例2 選取純度在99. 95% W上的石英石為原料，經(jīng)粗洗、破碎、賠燒、水渾、粉碎分級后，置 于30(TC溫度下施加強度為500V/cm的直流電場化，進行電場誘導擴散。而后置于耐壓反 應蓋中，加入濃度為25%的鹽酸和40%的氨氣酸，加熱至8(TC酸浸48 h。再將粉碎石英料 置于耐壓反應蓋中，加入濃度為1%的碳酸軸溶液，加熱至12(TC堿浸比。將經(jīng)酸洗、堿洗的 石英料置于l00°C溫度下，利用金屬電極施加電場強度為300V/cm的直流電場化，而后投入 浮選機內(nèi)進行浮選，再經(jīng)氯化處理、烤砂、磁選等工藝步驟得到雜質(zhì)總量在15PPM W下的高 純石英砂。
[0024] 實施例3 選取純度在99. 95% W上的石英石為原料，經(jīng)粗洗、破碎、賠燒、水渾、粉碎分級后，置 于40(TC溫度下施加強度為400V/cm的直流電場化，進行電場誘導擴散。而后置于耐壓反 應蓋中，加入濃度為30%的鹽酸和40%的氨氣酸，加熱至IOOC酸浸48 h。再將粉碎石英 料置于耐壓反應蓋中，加入濃度為1. 5%的碳酸軸溶液，加熱至5(TC堿浸化。將經(jīng)酸洗、堿 洗的石英料置于50°C溫度下，利用金屬電極施加電場強度為200V/cm的直流電場比，而后 投入浮選機內(nèi)進行浮選，再經(jīng)氯化處理、烤砂、磁選等工藝步驟得到雜質(zhì)總量在13PPM W下 的高純石英砂。
[00巧]實施例4 選取純度在99. 95% W上的石英石為原料，經(jīng)粗洗、破碎、賠燒、水渾、粉碎分級后，置 于50(TC溫度下施加強度為300V/cm的直流電場她，進行電場誘導擴散。而后置于耐壓反 應蓋中，加入濃度為30%的鹽酸和40%的氨氣酸，加熱至14(TC酸浸48 h。再將粉碎石英 料置于耐壓反應蓋中，加入濃度為1%的碳酸軸溶液，加熱至14(TC堿浸比。將經(jīng)酸洗、堿洗 的石英料置于150°C溫度下，利用金屬電極施加電場強度為400V/cm的直流電場化，而后投 入浮選機內(nèi)進行浮選，再經(jīng)氯化處理、烤砂、磁選等工藝步驟得到雜質(zhì)總量在12PPM W下的 高純石英砂。
[0026] 實施例5 選取純度在99. 95% W上的石英石為原料，經(jīng)粗洗、破碎、賠燒、水渾、粉碎分級后，置 于60(TC溫度下施加強度為200V/cm的直流電場12h，進行電場誘導擴散。而后置于耐壓反 應蓋中，加入濃度為33%的鹽酸和44%的氨氣酸，加熱至15CTC酸浸48 h。再將粉碎石英 料置于耐壓反應蓋中，加入濃度為1. 5%的碳酸軸溶液，加熱至15CTC堿浸比。將經(jīng)酸洗、堿 洗的石英料置于15(TC溫度下，利用金屬電極施加電場強度為500V/cm的直流電場化，而后 投入浮選機內(nèi)進行浮選，再經(jīng)氯化處理、烤砂、磁選等工藝步驟得到雜質(zhì)總量在IlPPM W下 的高純石英砂。
[0027]表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種高純石英砂制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下各步驟：粗洗、破 碎、焙燒、水淬、粉碎分級、電場誘導擴散、熱壓酸洗、熱壓堿洗、電場干預浮選、氯化處理、烤 砂、磁選。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純石英砂制備方法，其特征在于：選取二氧化硅含量在99. 95%以上的石英石為原料，經(jīng)兩次清洗除雜處理并破碎至直徑1至5厘米后，置于電爐中 加熱至85(T970°C恒溫2小時后水淬，并除雜、粉碎至50-180目，得到粉碎石英料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場誘導擴散方法，其特征在于：將粉碎石英料置于 20(T60(rC溫度下，利用金屬電極施加強度為20(T500V/cm的直流電場，加載時間為2?12h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓酸洗方法，其特征在于：將粉碎石英料置于耐壓反應釜 中，加入濃度為25?33%的鹽酸和36?44%的氫氟酸，浸沒并密閉，加熱至5(Tl50°C酸浸48 h，然后濾除酸液并沖洗直至完全除酸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓堿洗方法，其特征在于：將粉碎石英料置于耐壓反應釜 中，加入濃度為1~1. 5%的碳酸鈉溶液，浸沒并密閉，加熱至5(T150°C堿浸l_2h，然后濾除堿 液并沖洗直至完全除堿。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場干預浮選方法，其特征在于：將經(jīng)酸洗、堿洗的石英料置 于5(T150°C溫度下，利用金屬電極施加強度為20(T500V/cm的直流電場1?2h，而后投入浮 選機內(nèi)進行浮選，浮選后濾除浮選液，用40°C -60°C的純水沖洗直至完全去除浮選液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純石英砂制備方法，其特征在于：用40°C _60°C的純水浸 沒經(jīng)浮選的石英料，并通入氯氣進行氯化處理，氯化處理后濾除處理液，再用75% -99%的 酒精浸沒，醇洗60-80分鐘，濾除醇洗液，用純水沖選直至完全去除醇洗液，再投入烤砂機 進行780°C _850°C的烘烤，烤完再用磁選機進行磁選，并篩分后得成品。
【文檔編號】C01B33/12GK104340981SQ201310343561
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】嵇奎軍, 丁鑄, 許伯林 申請人:新沂市中大石英科技有限公司