近日,记者从河南省有色金属地质矿产局召开的学术研讨会上获悉,该局经过3年求索,在实验室提纯二氧化硅纯度达到了99.998%,标志着我省在高纯石英砂提纯技术方面实现了重要突破。
石英砂滤料提纯技术的意义:
高纯度石英产品具有极小的热膨胀系数、优良的介电性能、化学稳定性和机械强度,广泛应用于半导体、光伏、光通讯、军工等行业,是一种关键支撑材性基础材料,具有不可替代作用。石英砂提纯是非金属矿物行业研发与投资热点,石英砂提纯后价格大幅度提高,以高纯石英为基础的相关产业年产值超过1万亿元。
中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员陈健介绍,高纯石英砂是一种战略性新型矿产资源,目前集中在少数公司手中,我国99.998%以上纯度的高纯石英砂全部依赖进口。这次利用国内的花岗伟晶岩原料,第一次提纯出如此高纯度的石英砂,在打破国内高纯石英砂制备“卡脖子”技术难题方面取得了重要进展。
石英砂提纯主要流程及技术要求:
1、粗选:将各类石英原矿中的明显的杂质和异物去除;
2、破碎:采用有经验破碎机将石英原矿破碎至粒径为1-20mm的颗粒;
3、水淬:将被烧后的石英颗粒置于冷水中快速冷却,以达到去除矿物内部的汽泡、水纹以及一些包裹的杂质的目的,使矿物裂开。
4、粉碎:采用湿磨或干磨将原料制成粒径在5-50μm的超细石英砂;
5、磁选:选用磁场强度为50-15000高斯的高梯磁磁选选矿设备,除去矿中的磁性矿物,如:褐铁矿、赤铁矿、云母、石榴子石、黄铁矿、钛铁矿等。
6、分级:利用分级设备按标准将原料分成多种粒度范围产品,在后续处理中,根据粒度范围均进行分别处理;分级设备可分为筛分机和气流分级设备。可根据产量和对粒度范围的要求来进行选择。
7、焙烧:采用有经验焙烧炉,将石英原矿颗粒在300℃-1500℃的条件下焙烧2-5小时;氯化焙烧是去除石英晶格杂质的主要方法,不同的氯化剂与晶格杂质作用方式和效果存在非常大差异。
8、水碎:将被烧后的石英颗粒迅速置于室温热水中冷却,溶去焙烧生成的易溶性物质,并通过对水加热0.5-2小时,以增加该部分可溶性物质在水中的溶解度。
9、浮选:向水碎后的石英砂细粉加入浮选剂,将比重小于1的杂质除去。主要是除去非磁性杂质,如:长石、纯净的白云母等。
10、去离子水洗:用去离子水洗除残余的浮选剂和石英砂表面的杂质;
11、干燥:先将去离子水洗后的石英砂进行风干(晾干)等除去大批量的水,然后再在特种干燥设备中进行干燥,并加热至100℃-200℃;
12、酸浸:将干燥后的石英砂加入浸渍槽,在干燥高温的条件下迅速加入酸浸所用的酸(硫酸、盐酸或氢氟酸),酸的浓度为5%-20%,在30℃-100℃的条件下恒温搅拌2-24小时,除去石英砂细粉中的微量金属和非金属杂质。
当然工艺为了达到目的可能根据原矿的情况做适当的调整,比如两段酸洗、前期酸浸,总之,为了制得高纯石英,能用的手段尽可能用,能想的办法尽可能想。有些工艺中会加入超声波等工艺对酸洗效果的保障。
13、去离子水洗:将酸浸后的原料用去离子水洗去原料包含的酸液等,直至呈中性;
14、干燥及包装:用特种干燥设备将原料进行干燥,并在净化车间内进行真空包装,得到产品。