本发明涉及一种利用含有长石矿型石英岩制备光伏用高纯石英砂粉的方法，属于非金属矿深加工技术领域。
背景技术：
根据中华人民共和国国家标准gb/t32649-2016《光伏用高纯石英砂》规定：光伏用高纯石英砂产品用于多晶硅、单晶硅光伏生产用的扩散管、承载器及电弧法坩埚等石英制品；其技术要求规定：光伏用高纯石英砂外观应为具有一定透明度的白色颗粒，无异色。粒径应在70um-350um范围的累积质量分数大于或等于90％；粒径小于100um或大于300um的累积质量分数均应小于1％；二氧化硅含量应大于或等于99.99％，灼烧失量应小于或等于0.01％；杂质元素总含量应小于或等于25ug/g,其中钾、锂、钠含量总和小于2.5ug/g，具体标准为：al＜20ug＜/g；ca＜1ug/g；fe＜0.5ug/g；na＜1ug/g；k＜1ug/g；li＜1ug/g；mg＜0.5ug/g；cr＜0.1ug/g；ni＜0.1ug/g；b＜0.1ug/g；mn＜0.2ug/g；cu＜0.1ug/g；ti＜1.5ug/g。
目前，我国的使用高纯石英砂为原料制备多晶硅、单晶硅光伏生产用的扩散管、承载器及电弧法坩埚等石英制品厂家大多数直接进口国外(美国尤尼明公司)的高纯石英砂产品。而我国生产光伏用高纯石英砂的厂家全部采用国内外优质的火成岩脉石英为原料生产该产品，其产品质量达到或接近美国尤尼明公司的高纯石英砂产品水平并正在替代美国尤尼明公司高纯石英砂产品。由于国内外火成岩的优质脉石英矿物的缺乏，为了解决制备光伏用高纯石英砂原料的问题，我们必须充分利用我国现有的硅矿资源优势，加大研发力度，研发出一种新型的、且原料来源广泛的光伏用高纯石英砂制备的工艺技术和工艺路线，使之能大规模地工业化生产高纯石英砂产品，以满足我国的高纯石英制品行业日益增长的对高纯石英砂产品的需求。我国具有优质的长石型石英岩矿资源，长石型石英岩矿为石英与长石交叉型伴生型矿物，主要杂质为长石，且长石颜色为浅红色。经化学分析：长石以钾长石(k2o·al2o3·6sio2)为主占8-9％，还含有少量的钠长石与钙长石共占1.5％左右；用放大镜观看岩矿中的石英成分，石英晶体呈粒状，透明度好，但内部有小黑点状物。该岩矿地质储量大、易于开采，但使用过程中石英与长石的完全分离和把石英颗粒内的黑色杂质除去难度较大，暂时没有成熟的分离工艺，及利用含有长石矿型石英岩制备光伏用高纯石英砂粉的相关文献资料及报道。
技术实现要素：
本发明提供了一种利用含有长石矿型石英岩制备光伏用高纯石英砂粉的方法：它采用先色选分离石英与长石颗粒，然后把石英颗粒进行制砂，制出的石英砂再用浮选的办法分离掉长石颗粒；浮选未分离出的长石再用酸洗除去，然后把石英砂通过煅烧、水淬、高温酸洗提纯和高温氯化的办法把杂质除到最低限度，从而确保提纯后的产品达到或超过国标《光伏用高纯石英砂》的质量技术要求，以满足国内用户的对高纯石英砂产品的需求。
实现本发明上述目的所提供的技术方案为：
一种利用含有长石矿型石英岩制备光伏用高纯石英砂粉的方法，包括如下步骤：
①矿石的预处理，用清水清洗矿石上的泥土杂质，再经人工初选除去固体杂质，破碎至粒径为30-80mm小块，用氢氟酸或草酸溶液浸洗所得小块矿石物料以除去其矿石外部有颜色的物质，之后用清水洗涤至中性、晾干备用；
②把步骤①中晾干的矿石破碎至粒径20mm以下，用色选机进行至少一次的色选，以除去颜色深的矿物颗粒；
③把步骤②所得物料用制砂机进行干法或湿法制砂，再用磁场强度不低于1.8t的电磁选进行多次磁选，以除去长石矿物杂质，收集40-140目或50-180目粒度区间的颗粒物备用；
④把步骤③所得物料进行若干次浮选以去除物料中的长石成分，直到物料中al2o3的质量百分含量小于1％。
⑤把步骤④中浮选分离出来的石英砂颗粒用含氟酸加热动态酸洗以除去未浮选完的长石矿物，酸洗温度控制在80-95℃，时间3～5小时，直到所得石英砂颗粒物料中al的质量百分含量≤0.01％；
⑥把步骤⑤中酸洗好的石英砂用清水洗涤至中性后，再用高纯水洗涤至少3次，脱水、干燥；
⑦把步骤⑥所得石英砂送入高纯石英玻璃为材质的煅烧炉中在880-960℃下煅烧1～2小时后，迅速进行水淬，水淬后的物料脱水再按步骤⑤进行酸洗提纯一次，检测所得物料中al的质量百分含量，若＞0.005％，则增加一次浮选，如此反复直到石英砂颗粒物料中al的质量百分含量≤0.005％，用洁净的自来水洗涤之中性，再用高纯水洗涤至少3次，脱水、干燥；
⑧把步骤⑦所得石英砂送入焙烧炉中在摄氏600-900度的温度下通入纯净的氧气进行氧化性焙烧1-2小时后，再进行水淬，水淬后的物料脱水备用；
⑨把步骤⑧所得物料用盐酸与氢氟酸复配的混合溶液，在摄氏90±5度的温度下进行流化态洗涤，取样分析铝含量≤15ppm为酸洗提纯终点，脱除酸液，用洁净的自来水洗涤至中性后，再用电子级纯水洗涤至氯离子小于10ppm为洗涤终点，干燥、筛分出粒径为70-350um的砂颗粒备用；
⑩把步骤⑨所得物料送至高温氯化装置中在摄氏1200～1350度左右的温度下以氯气为氯化剂进行高温氯化1-2小时后冷却、包装即可得到光伏用高纯石英砂产品。
优选地，步骤①中浸洗矿石所得洗水用含钙离子的碱性水中和、沉淀后再循环使用。
优选地，步骤④中的浮选方法如下：以氢氟酸和碱液为调整剂，以十二胺为捕获剂，以2号油为起泡剂，在ph＝2.0～3.0的条件下浮选出长石矿物杂质。
优选地，步骤③中选用湿法制砂时，在磁选之后，再进行重力选。
优选地，步骤④中分离出来的长石再进行物理与化学深加工处理后作为精制的长石砂粉出售。
优选地，步骤⑤中含氟酸为质量分数为10-30％的hf溶液或质量分数分别为10％和20％的hf+h2sif6混合酸液。
优选地，步骤⑤中，含氟酸液的使用量为物料中al2o3质量百分含量的两倍或两倍以上。
优选地，步骤⑨中混合酸液中盐酸的质量百分含量≥20％、氢氟酸的质量百分含量≥5％。步骤⑩中的石英砂高温氯化装置为现有授权发明专利技术，专利号201210181396.5；该装置已经成功实现了工业化应用。
相对于现有技术，本申请具有以下技术效果：攻克了现有技术中长石型石英岩矿无法制备出纯度大于99.99％的石英砂的技术壁垒，整个过程以石英与长石的分离为主线；在未完全分离掉长石之前，不对石英进行煅烧，以免长石在高温下熔化后给后续提纯造成意想不到的困难；分离掉长石后，采取先煅烧水淬+酸洗提纯初步除杂；接着在进行氧化焙烧+酸洗除杂，其除杂效果明显，把杂质降低到中间控制的范围之内后，最后用高温氯化的办法除杂，确保最后的产品达到或超过国家标准要求。开拓了我国高纯石英砂原料使用范围。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例中。
实例1
以外蒙古所产的含长石型石英岩矿为原料来说明本发明的过程：
①矿石的预处理：先用洁净的水清洗矿石上的泥土杂质，再经人工初选除去长石矿物和山石等杂质后，破碎至粒径为30mm小块，用2-5％氢氟酸溶液，浸洗该小块矿石物料以除去其矿石外部有颜色的物质，之后用洁净的自来水洗涤至中性、晾干备用；其洗水用含钙离子的碱性水中和后生成氟化钙，沉淀氟化钙后的清水再循环使用。
②把步骤①中晾干的矿石用破碎至粒径20mm以下，用色选机进行至少一次的色选，以除去颜色深的矿物颗粒物料后备用；色选分离出来的颜色深的颗粒物料用作它用。
③把步骤②中的物料用棒磨机进行湿法制砂，砂浆先用8000左右高斯的永磁磁选机去铁，再用20000高斯左右的电磁磁选进行磁选后，收集40-140目粒度区间的颗粒砂浆后再用螺旋溜槽重选后备用。
④把步骤③中的物料进行浮选二次，浮选分离出来的长石再进行物理与化学深加工处理后作为精制的长石砂粉出售；分离出来的石英砂进行洗涤脱水后备用。
⑤把步骤④中石英砂颗粒用20％浓度的氢氟酸溶液进行加热动态酸洗，以除去长石等杂质矿物后，用洁净的自来水洗涤之中性后，再用高纯水洗涤至少3次，脱水、干燥。
⑥把⑤中的石英砂送入高纯石英玻璃为材质的煅烧炉中在摄氏880-960度的温度下煅烧2小时后，迅速送入冷水中进行水淬。水淬后的物料再进行脱水再按步骤⑤进行酸洗提纯一次后，测试其中的长石含量后，再进行浮选一次或两次，用洁净的自来水洗涤之中性后，再用高纯水洗涤至少3次，脱水、干燥。
⑦把步骤⑥中的石英砂送入焙烧炉中在摄氏900度的温度下通入纯净的氧气进行氧化性焙烧2小时后，再进行水淬，水淬后的物料脱水备用。
⑧把⑦步骤中的物料用盐酸与氢氟酸复配的混合溶液，混合酸液中盐酸(质量百分比浓度≥25％)与氢氟酸(质量百分比浓度≥8％)，在摄氏90±5度的温度下进行流化态洗涤3-5小时后，取样分析铝≤15ppm为酸洗提纯终点；脱除酸液，用洁净的自来水洗涤至中性后，再用电子级纯水洗涤至氯离子小于10ppm为洗涤终点后干燥、筛分出合格的粒度区间的砂颗粒备用。
⑩把步骤⑨中的物料送至石英砂高温氯化装置中在摄氏1250-1300度的温度下以氯气为氯化剂进行高温氯化2小时后冷却、包装即可得到光伏用高纯石英砂产品。其所有技术指标均达到或超过国标光伏用高纯石英砂质量技术标准要求。
用icp-ms测试石英砂中的杂质含量如下：单位(ug/g)
al：9.3；ca：0.8；fe：0.3；na：0.2；k：0.5；li：0.3；mg：0.2；cr0.08ni：0.08；b：0.05；mn：0.1；cu：0.08；ti：1.2。
实例2
以河北某地所产含长石型石英岩矿为原料来说明本发明的过程：
①矿石的预处理：先用洁净的水清洗矿石上的泥土杂质，再经人工初选除去长石矿物和山石等杂质后，破碎至粒径为80mm小块，用5％草酸溶液，浸洗该小块矿石物料以除去其矿石外部有颜色的物质，之后用洁净的自来水洗涤至中性、晾干备用；其洗水用含钙离子的碱性水中和后生成草酸钙，草酸钙后的清水再循环使用。
②把步骤①中晾干的矿石用破碎至粒径25mm以下，用色选机进行至少一次的色选，以除去颜色深的矿物颗粒物料后备用；色选分离出来的颜色深的颗粒物料用作它用。
③把步骤②中的物料用立式制砂机进行干法制砂，砂粉先用8000左右高斯的永磁磁选机去铁，再用20000高斯左右的电磁磁选进行磁选后，筛分收集50-180目粒度区间的颗粒备用。
④把步骤③中的物料进行调浆后进行浮选二次，分离出来的长石再进行物理与化学深加工处理后作为精制的长石砂粉出售；分离出来的石英砂进行洗涤脱水后备用。
⑤把步骤④中浮选分离出来的脱水后的石英砂颗粒用15％浓度的氢氟酸溶液进行加热动态酸洗，以除去杂质矿物后，用洁净的自来水洗涤之中性后，再用高纯水洗涤至少3次，脱水、干燥。
⑥把⑤步骤中的石英砂送入高纯石英玻璃为材质的煅烧炉中在摄氏880-960度的温度下煅烧1小时后，迅速送入冷水中进行水淬。水淬后的物料再进行脱水再按步骤⑤进行酸洗提纯一次后，根据需要再增加一次或两次浮选后，用洁净的自来水洗涤之中性后，再用高纯水洗涤至少3次，脱水、干燥。
⑦把步骤⑥中的石英砂送入焙烧炉中在摄氏600度的温度下通入纯净的氧气进行氧化性焙烧1小时后，再进行水淬，水淬后的物料脱水备用。
⑧把步骤⑦中的物料用盐酸与氢氟酸复配的混合溶液，混合酸液中盐酸(质量百分比浓度≥20％)与氢氟酸(质量百分比浓度≥10％)，在摄氏90±5度的温度下进行流化态洗涤3-5小时后，取样分析铝≤15ppm为酸洗提纯终点，脱除酸液，用洁净的自来水洗涤至中性后，再用电子级纯水洗涤至氯离子小于10ppm为洗涤终点后干燥、筛分出合格的粒度区间的砂颗粒备用。
⑩把步骤⑨中的物料送至石英砂高温氯化装置中在摄氏1200度左右的温度下以氯气和氯化氢的混合气体为氯化剂进行高温氯化1小时后冷却、包装即可得到光伏用高纯石英砂产品。其所有技术指标均达到或超过国标光伏用高纯石英砂质量技术标准要求。
用icp-ms测试石英砂中的杂质含量如下：单位(ug/g)
al：8.9；ca：0.6；fe：0.4；na：0.5；k：0.6；li：0.7；；mg：0.1；；cr：0.07；；ni：0.03；；b：0.06；；mn：0.03；cu：0.08；ti：1.0。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。