[发明专利]一种对高纯石英砂尾矿的加工提纯工艺

说明书

本发明公开了一种对高纯石英砂尾矿的加工提纯工艺，以生产高纯石英砂过程中的尾矿作为原料，并通过粗选、清洗、干燥、煅烧、水淬、酸洗、清洗、干燥等步骤实现，其中煅烧前在石英砂尾矿中均匀混入氧化钠，其在高温条件下与SiO₂反应生成可溶性的硅酸钠，代替氢氟酸将石英的包裹体打开，从而实现金属杂质与酸的接触反应，同时使酸的用量大大减少；本发明方法简单环保，提纯效果佳，有效实现了对石英砂尾矿的深加工，经过该工艺处理的石英砂尾矿纯度可达99.90％以上，达到高纯石英砂的标准。

技术领域

本发明涉及无机材料加工领域，特别涉及一种对高纯石英砂尾矿的加工提纯工艺。

背景技术

石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性质稳定的硅酸盐矿物，主要化学成分是SiO₂。石英砂所具有的独特的物理、化学性质，使得其不仅在铸造、冶金、橡胶、磨料、陶瓷、建筑等传统行业中有着广泛的应用，而且在航空航天、IT、通讯、太阳能电池等高新技术领域中发挥着不可替代的作用，其中能够应用于军工、航天、光纤、芯片、太阳能电池等行业中的石英砂通常是要求SiO₂含量高于99.9％的高纯石英砂。

国内制备高纯石英砂多是采用水晶、脉石英矿等高品质原料，但是随着高品质矿藏资源的逐步枯竭，使高纯石英砂成本高昂，与此同时每生产1吨高纯石英砂通常需要消耗2.5吨的石英原料，由此产生1.5吨的尾矿，与高纯石英砂产品相比，石英砂尾矿中存在较多气泡，并且铁、铝、镁、钙等元素含量较高，它们多以氧化物、长石、高岭石、云母等形态在石英砂中形成包裹体杂质而难以除去。通常情况下石英砂生产企业会将尾矿分成不同品质等级的石英砂出售，与高纯石英砂相比，尾矿石英砂的附加值低，难以应用于芯片、光纤、微电子、航空航天等高精尖领域。在对尾矿的进一步纯化中，除去其中的金属杂质成为关键，通常使用氟化氢、氯化氢、硝酸或者硫酸等强酸配制成酸液浸泡石英砂以除去金属杂质，但是高浓度无机酸洗会对生产设备产生严重腐蚀，并且污染环境，尤其是氟原子在环境中难以降解。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明在石英砂尾矿的加工提纯过程中避免使用高污染性的氟化氢，采用碱性氧化物氧化钠在高温条件下与酸性氧化物SiO₂反应生成可溶性的硅酸钠，代替氢氟酸将石英的包裹体打开，从而实现了金属杂质与酸的接触反应进而被除去，同时采用特定金属螯合剂与有机酸混合作为酸洗溶液，该酸洗溶液显著提高了对铁的除杂效果。

为了实现上述目的，本发明以生产高纯石英砂过程中的尾矿作为原料，并通过以下步骤加工提纯：

(1)粗选-清洗-干燥：初步粉碎石英砂尾矿颗粒至50～100目，去除石英砂尾矿中的明显杂质和异物，用去离子水清洗尾矿，并干燥；

(2)煅烧：在每吨尾矿中混入12～15g氧化钠固体，搅拌均匀，在500～1300℃下煅烧5～6小时；

(3)水淬-粉碎：使用水泵冲淋石英砂尾矿5～8分钟，水温在0～4℃，在进行水淬使石英砂开裂的同时冲去尾矿表面生成的硅酸钠，然后将石英砂尾矿研磨粉碎至200～250目；

(4)磁选-电选：设置磁选机在50～15000GS的磁场强度下对石英砂进行磁选，以除去磁性杂质；采用电压为25～35千伏静电分选机，以除去非磁性杂质；

(5)酸洗：将石英砂尾矿浸泡在含有2,2’-联吡啶的羟基乙酸溶液中，搅拌3～4小时后将石英砂尾矿过滤出来；

(6)清洗-干燥：先用弱碱性水溶液冲洗石英砂尾矿，然后再用去离子水冲洗石英砂尾矿，干燥，即得到对石英砂尾矿的加工提纯产品。

优选的是，步骤(2)中煅烧采用程序升温，从起始温度到500℃每分钟升温6～8℃，从500℃起每分钟升温3～5℃，在650℃维持20～30分钟，在1000℃维持20～30分钟，在1300℃维持20～30分钟。