[发明专利]一种混合酸热压浸出反应制备超低金属元素超高纯石英的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料提纯技术领域，具体涉及一种通过混合酸热压浸出的方法降低脉石英中Al、Fe、Ti、Ca、Mg、K、Na等金属元素，制备超低金属元素超高纯石英的方法。

背景技术

超低金属超高纯石英砂的制备是21世纪高科技无机材料技术领域研究热点，尤其是低铝、铁、钛、碱金属、碱土金属元素含量的石英砂，已成为战略储备资源。目前，部分国家已限制一、二级水晶原料出口，对超低金属元素超高纯石英材料的制备更是视为机密。超低杂质金属元素超高纯石英材料广泛应用于电子及微电子设备、先进制造、光学纤维、太阳能光伏发电产业、半导体材料、高等级光学材料、航天器视窗等领域。随着电子信息技术的飞速发展，超高纯石英材料显得越来越重要。然而，优质石英资源全世界分布不均匀且储量有限。因此，利用脉石英提纯制备高纯石英的加工技术在国民经济和高科技领域具有重要的战略意义。

石英砂在自然界很常见，但是纯净的水晶级SiO₂含量有限，而且多混合矿物形式存在，常伴生有长石类、云母类、辉石类、金红石、赤铁矿、黄铁矿等脉石矿物。这些杂质常常有以下几种伴生状态：

（1）紧密伴生，非化学键合在石英晶体表面上的杂质矿物；

（2）伴生矿物碎片，以化学键合或物理方式结合在石英晶体表面的杂质矿物；

（3）生长在石英颗粒内部，或者包裹在石英晶粒与晶粒之间的杂质矿物；

（4）作为石英晶体结构本身晶格取代的杂质离子。主要有Ti⁴⁺、Al³⁺、Fe³⁺、P⁵⁺取代石英晶格硅氧四面体中的Si⁴⁺，并常常伴随有Li⁺、K⁺、Na⁺、H⁺出现，以维持石英晶格内部的电位平衡。

石英砂中铝元素对石英品质影响最大、同时也是最难去除的杂质元素，其他难去除杂质金属分别为：钛、铁、钙、镁、锂、钾、钠等。铝在石英砂中常常有两种赋存状态：第一种，非结构性杂质，这些杂质在石英晶体内常以矿物包裹体的形式存在，如：云母、斜长石、钾钠长石、石榴石等铝硅酸盐矿物包裹体；第二种，结构性杂质，Al取代[SiO]⁴⁺中的Si形成新的[AlO]⁴⁺四面体，而存在于石英晶体晶格内部；铁常以矿物包裹体如赤铁矿、镜铁矿、黄铁矿等，及铁染二氧化硅形式存在，结构型Fe杂质较少；碱土金属元素多以长石类、辉石类、云母类脉石矿物形式存在；碱金属元素除以长石类、云母类脉石矿物存在以外，还常作为填隙原子，补偿石英晶格内部因晶格取代导致的电位不平衡。这些结构性杂质通过物理、化学方法难于去除，需采用如：氧化（氯气）气氛高温焙烧法，电扩散法，高温真空法，掺杂提纯法等非常规手段，方可有一定去除效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混合酸热压浸出反应制备超低金属元素超高纯石英的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种混合酸热压浸出反应制备超低金属元素超高纯石英的方法，包括以下步骤：

（1）破碎、分级

将脉石英原矿破碎、分级制备成96～212μm的脉石英砂；

（2）磁选

将步骤（1）所得样品经高梯度脉动强磁选选别，将非磁性产物烘干待用；

（3）三段优先反浮选

将步骤（2）所得的非磁性产物采用三段优先反浮选，所述三段优先反浮选分别为：一段反浮选分离铁矿物，脱药后二段反浮选选别云母矿物，再次脱药后三段反浮选分离长石矿物，所得反浮选精矿洗涤，烘干后待用；

（4）焙烧-水淬

将步骤（3）获得的样品焙烧，焙烧后矿样置于冰水中骤冷水淬，过滤，烘干；

（5）热压浸出

将步骤（4）所得产物置于反应釜内，在混合酸体系中边搅拌边进行热压酸浸反应，反应温度为120～400℃，反应压力0.5～15.0MPa，反应时间为0.5～8h，热压浸出化学反应混合酸体系为HF、HNO₃及HCl的混合溶液，其中HF0.5wt%～5wt%，HNO₃2wt%～6wt%，HCl20wt%～40wt%；

（6）将上述步骤（5）热压酸浸后产物，经过滤、洗涤至中性，烘干，即得SiO₂含量≥99.995wt%的超低金属元素超高纯石英产物。