一种石英砂改性方法与流程

本发明属于石英砂提纯设备技术领域，具体的说是一种石英砂改性方法。

背景技术：

石英砂是石英石经破碎加工而成的石英颗粒；石英石是一种非金属矿物质，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物；石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状，莫氏硬度7；石英砂是重要的工业矿物原料，非化学危险品，广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及防火材料、冶炼硅铁、冶金熔剂、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料，滤料等工业；从全国范围来讲，石英矿比较广泛；石英砂是采用天然的石英矿石，从矿山开采出的石英石经加工后，经粉碎、筛选、水洗等工艺加工而成；外观呈多棱形、球状，纯白色，具有机械强度高、截污能力强、耐酸性能好等特点；一般细度在120mesh以内的产品称石英砂；超过120mesh的产品称为石英粉；石英砂所具有的独特的物理、化学特性，使得其在航空、航天、电子、机械以及当今飞速发展的it产业中占有举足轻重的地位，特别是其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律，使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振效应以及其独特的光学特性，在许多高科技产品中发挥着越来越重要的作用。

石英砂改性后可以极大程度的改变石英砂本身的性能特点，

(1)改变石英砂粉体表面的亲油性、浸润性、吸油率、黏度等；

(2)改善石英砂粉体作为填料与有机聚合物的相容性、亲和性、分散性和流动性等；

(3)提高石英砂粉体填料与有机聚合物相界面之间的结合力；

(4)提高复合材料的性能。

其中，石英砂粉体表面化学改性方法分为

(1)石英砂粉体干法表面化学改性：石英砂粉体干法表面化学改性是将干燥后的石英砂粉体与改性剂处理液进行高速搅拌分散，同时进行加热处理。该工艺具有流程简单、作业灵活、投资少和改性剂适用性好等特点。

(2)石英砂粉体湿法表面化学改性：石英砂粉体湿法表面化学改性是利用配置好的表面改性剂和助剂混合配成的处理液，在搅拌分散和一定温度条件对石英砂粉体进行表面改性，之后进行脱水、干燥。与干法工艺相比，湿法工艺具有改性剂分散好、粉体表面包覆均匀等特点，不过湿法需脱去水分(过滤和干燥)，故适用于各种可水溶或水解的改性剂，以及前段为湿法粉磨工艺而后段又需干燥的工艺流程。

(3)石英砂机械粉磨与化学包覆改性：石英砂机械粉磨与化学包覆改性是指在机械力作用或细磨、超细磨过程中添加改性剂，随着石英砂粉体粒度减小的同时，对其颗粒进行表面改性；该复合改性工艺的特点是工艺较简单，某些改性剂同时具有助磨作用，可提高粉碎效率，但是其温度难控制，同时颗粒不断被粉碎，产生新的表面，改性剂包覆难以均匀。此外，粉磨设备在强烈机械力作用过程中产生局部高温，使部分改性剂分解或分子结构被破坏。

缪佳等(缪佳，徐召燃，付静，倪挺《，城市环境与城市生态》，第24卷6期，第33-36页，2011年)对镁盐改性石英砂的制备及其吸zn²⁺影响因素进行了研究，以石英砂为载体，用碱性沉积法制备了比表面积比石英原砂提高了6.12倍的镁盐改性砂，并通过调节吸附时间，初始浓度及ph值,使镁盐改性石英砂的zn²⁺去除率达到95％左右。

丁春生等(丁春生，蒋志元，张德华，缪佳，铝盐改性石英砂制备及其吸附性能研究，非金属矿，2009，第32卷第5期，17-20)以石英砂为载体,用反复加热蒸干法制备了铝盐改性砂,该铝盐改性砂对有机物和zn²⁺的吸附性能均得到提高。

上述石英砂的表面改性方法虽然增加了石英砂的表面积，提高了吸附效率，但是同时也改变了石英砂的组分，对石英砂吸附剂的重复利用、再生及回收利用(如再用于玻璃的制备等)带来了负面影响。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，解决现有石英砂的表面改性方法虽然增加了石英砂的表面积，提高了吸附效率，但是同时也改变了石英砂的组分，对石英砂吸附剂的重复利用、再生及回收利用(如再用于玻璃的制备等)带来了负面影响的问题，本发明提出的一种石英砂改性方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种石英砂改性方法，包括以下步骤：

s1、向水中充入二氧化碳20-30min，使得二氧化碳充分溶于水，得到弱酸性的水溶液，之后向水溶液中加入三嵌段聚合物p123并充分搅拌0.8-1.2h,水溶液温度保持在15-20℃，得到溶液a；其中各反应物的用量关系如下：三嵌段聚合物p123:水:二氧化碳＝0.2-0.4g:2ml:1.5g；

s2、将待处理的石英砂经酸洗装置洗涤重复洗涤3-5次，时候水洗并晾晒烘干，得到干燥的石英砂，之后向干燥的石英砂中先加入水玻璃和s1中获得的溶液a中，充分混合均匀得到混合物b，之后再在快速搅拌下加分批次逐滴加入盐酸混合均匀，每个批次之间间隔4-5min得反应物c；各反应物的用量关系如下：溶液a:水玻璃:石英砂:盐酸＝6-10g:35ml:10-15g:8-11ml；

s3、将反应物c搅拌均匀，控制温度在25-30℃进行震荡反应，反应的时间为5h-10h；反应后，洗涤、过滤，取沉淀在烘干箱中25-30℃烘干3-4h，其中烘干温度控制在95-105℃，得到固体物d；

s4、将s2中获得的固体物d煅烧后除去三嵌段聚合物p123,得改性石英砂；

s2中所述酸洗装置包括筒形的上下封闭的本体；所述本体底部固连有支座，本体底部通过截止阀连通有排水管；所述本体顶部设有进料口，本体内与进料口对应位置设有下料管；所述本体内靠近下部位置固连有支杆，支杆顶部通过支架固连有一组锥形盘；除最下端的所述锥形盘之外其他锥形盘中心均连通有一个进料管；所述进料管相互嵌套，且由下至上每一级所述锥形盘连接的进料管直径逐渐增大；所述进料管均插入下料管中，且由下至上每一级所述锥形盘连接的进料管上端的高度逐渐升高；所述本体侧壁设有进液管，进液管通过管道和阀门连通有酸洗液；通过进料管配合锥形盘分散石英砂，增加石英砂的酸洗效率；使用时，将需要酸洗的石英砂经进料口装入本体中，同时通过进液管向本体中充入酸洗液，浸没石英砂并对石英砂进行酸洗，酸洗之后的石英砂经排水管排出后与酸洗液进行分离，即可完成对石英砂的酸洗处理，去除石英砂的杂质；进料口的石英砂经下料管向下掉落，当石英砂落在锥形盘上之后通过锥形盘分散石英砂，进而使得石英砂的厚度均匀，增加石英砂与酸洗液的接触面积，进而增加石英砂的酸洗效率；由于进料管相互嵌套，且由下至上每一级所述锥形盘连接的进料管直径逐渐增大；所述进料管均插入下料管中，且由下至上每一级所述锥形盘连接的进料管上端的高度逐渐升高，使得最上层的锥形盘落满石英砂后堵住与锥形盘固连的下料管，使得石英砂经直径较小的下料管流入低一级的锥形盘上，进而使得所有的锥形盘都能均匀摊铺石英砂，保证石英砂的厚度均匀，防止局部厚度过大影响酸洗液的浸透，进而进一步增加石英砂的酸洗效率。

优选的，所述锥形盘上圆周均布有一组挡板，通过挡板增加石英砂在锥形盘上的停留时间，进一步增加石英砂的酸洗效率；通过圆周均布在锥形盘外周的挡板，对石英砂进行阻挡，防止石英砂从锥形盘上快速滑落后堆积在本体底部，进而增加锥形盘上的石英砂存量，进一步增加酸洗液对石英砂的浸透效率，增加石英砂与酸洗液的接触面积，进而进一步增加石英砂的酸洗效率。

优选的，所述锥形盘圆周均布一组活动孔；所述本体内转动连接有圆盘，圆盘的转轴贯穿并延伸至本体外侧后通过电机驱动，电机通过控制器连接电源；所述圆盘靠近外周的部位固连有转销，转销上铰接有连杆；所述连杆另一端贯穿活动孔后延伸至锥形盘上部；通过连杆上下运动增加锥形盘的排砂效率；当石英砂酸洗完毕之后，通过控制器启动电机，进而带动圆盘转动，由于圆盘靠近外周的部位固连有转销，转销上铰接有连杆，使得圆盘转动时带动连杆不断上下往复运动，进而增加锥形盘的振动，同时连杆对锥形盘上的石英砂进行扰动，配合酸洗液进一步增加石英砂下落的速度，进而增加本体排砂的效率，进一步增加石英砂的酸洗效率。

优选的，所述挡板贯穿活动孔，且挡板与活动孔内壁铰接；所述连杆与挡板一端铰接；通过连杆带动挡板摆动，进一步增加石英砂的酸洗效率；由于挡板贯穿活动孔，且挡板与活动孔内壁铰接，使得圆盘带动连杆上下运动时，连杆带动挡板不断摆动，进而使得挡板不断搅动本体内的酸洗液，使得石英砂随水流的搅动而悬浮，进而增加石英砂与酸洗液的接触面积，增加酸洗效率，同时增加锥形盘的排砂速度，进一步增加石英砂的酸洗效率。

优选的，所述挡板内开设有一号孔，挡板靠近锥形盘中心的一侧均匀开设有一组与一号孔连通的二号孔；所述一号孔通过软管与高压的酸洗液连通；通过二号孔喷出酸洗液，增加石英砂的悬浮效率，进一步增加石英砂的酸洗效率；通过将高压的酸洗液经管道充入一号孔中，之后经二号孔喷出，进而利用水流的冲击力增加锥形盘表面石英砂的悬浮时间，进而使得石英砂充分与酸洗液接触，增加石英砂的酸洗效率，同时配合挡板的往复搬动，增加二号孔中喷出的酸洗液的扰动范围，进而增加石英砂的悬浮效率，增加石英砂的的酸洗效率。

优选的，所述支杆上与圆盘对应位置设有气缸，气缸的缸筒中部与支杆铰接，气缸的活塞杆与转销转动连接；所述圆盘上开设有一组喷孔，喷孔通过管道与气缸的排气口连通，气缸的进气口与外界大气连通；通过气缸产生压缩气体从喷孔喷出，增加石英砂的悬浮时间，进一步增加石英砂的酸洗效率；当电机带动圆盘转动时，圆盘通过转销带动活塞杆不断运动，进而带动气缸产生压缩气体，压缩气体经软管后从喷孔喷出，喷出的气体形成气泡，进而使得气泡上升过程中产生的紊流增加石英砂的悬浮时间，进而进一步增加石英砂与酸洗液的接触面积，增加酸洗效率。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的一种石英砂改性方法，通过英砂落在锥形盘上之后通过锥形盘分散石英砂，进而使得石英砂的厚度均匀，增加石英砂与酸洗液的接触面积，进而增加石英砂的酸洗效率，同时由下至上每一级所述锥形盘连接的进料管上端的高度逐渐升高，使得最上层的锥形盘落满石英砂后堵住与锥形盘固连的下料管，使得石英砂经直径较小的下料管流入低一级的锥形盘上，进而使得所有的锥形盘都能均匀摊铺石英砂，保证石英砂的厚度均匀，防止局部厚度过大影响酸洗液的浸透，进而进一步增加石英砂的酸洗效率。

2.本发明所述的一种石英砂改性方法，通过圆盘带动连杆上下运动时，连杆带动挡板不断摆动，进而使得挡板不断搅动本体内的酸洗液，使得石英砂随水流的搅动而悬浮，进而增加石英砂与酸洗液的接触面积，增加酸洗效率，同时增加锥形盘的排砂速度，进一步增加石英砂的酸洗效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明中使用的酸洗装置的立体图；

图3是本发明中使用的酸洗装置的剖视图；

图4是图3中a处局部放大图；

图5是本发明中挡板的剖视图；

图中：本体1、支座11、排水管12、进料口13、下料管14、支杆15、锥形盘2、进料管21、进液管16、挡板22、活动孔23、圆盘24、转销25、连杆26、一号孔27、二号孔28、气缸3、活塞杆31、喷孔32。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图5所示，本发明所述的一种石英砂改性方法，包括以下步骤：

s1、向水中充入二氧化碳20-30min，使得二氧化碳充分溶于水，得到弱酸性的水溶液，之后向水溶液中加入三嵌段聚合物p123并充分搅拌0.8-1.2h,水溶液温度保持在15-20℃，得到溶液a；其中各反应物的用量关系如下：三嵌段聚合物p123:水:二氧化碳＝0.2-0.4g:2ml:1.5g；

s2、将待处理的石英砂经酸洗装置洗涤重复洗涤3-5次，时候水洗并晾晒烘干，得到干燥的石英砂，之后向干燥的石英砂中先加入水玻璃和s1中获得的溶液a中，充分混合均匀得到混合物b，之后再在快速搅拌下加分批次逐滴加入盐酸混合均匀，每个批次之间间隔4-5min得反应物c；各反应物的用量关系如下：溶液a:水玻璃:石英砂:盐酸＝6-10g:35ml:10-15g:8-11ml；

s3、将反应物c搅拌均匀，控制温度在25-30℃进行震荡反应，反应的时间为5h-10h；反应后，洗涤、过滤，取沉淀在烘干箱中25-30℃烘干3-4h，其中烘干温度控制在95-105℃，得到固体物d；

s4、将s2中获得的固体物d煅烧后除去三嵌段聚合物p123,得改性石英砂；

s2中所述酸洗装置包括筒形的上下封闭的本体1；所述本体1底部固连有支座11，本体1底部通过截止阀连通有排水管12；所述本体1顶部设有进料口13，本体1内与进料口13对应位置设有下料管14；所述本体1内靠近下部位置固连有支杆15，支杆15顶部通过支架固连有一组锥形盘2；除最下端的所述锥形盘2之外其他锥形盘2中心均连通有一个进料管21；所述进料管21相互嵌套，且由下至上每一级所述锥形盘2连接的进料管21直径逐渐增大；所述进料管21均插入下料管14中，且由下至上每一级所述锥形盘2连接的进料管21上端的高度逐渐升高；所述本体1侧壁设有进液管16，进液管16通过管道和阀门连通有酸洗液；通过进料管21配合锥形盘2分散石英砂，增加石英砂的酸洗效率；使用时，将需要酸洗的石英砂经进料口13装入本体1中，同时通过进液管16向本体1中充入酸洗液，浸没石英砂并对石英砂进行酸洗，酸洗之后的石英砂经排水管12排出后与酸洗液进行分离，即可完成对石英砂的酸洗处理，去除石英砂的杂质；进料口13的石英砂经下料管14向下掉落，当石英砂落在锥形盘2上之后通过锥形盘2分散石英砂，进而使得石英砂的厚度均匀，增加石英砂与酸洗液的接触面积，进而增加石英砂的酸洗效率；由于进料管21相互嵌套，且由下至上每一级所述锥形盘2连接的进料管21直径逐渐增大；所述进料管21均插入下料管14中，且由下至上每一级所述锥形盘2连接的进料管21上端的高度逐渐升高，使得最上层的锥形盘2落满石英砂后堵住与锥形盘2固连的下料管14，使得石英砂经直径较小的下料管14流入低一级的锥形盘2上，进而使得所有的锥形盘2都能均匀摊铺石英砂，保证石英砂的厚度均匀，防止局部厚度过大影响酸洗液的浸透，进而进一步增加石英砂的酸洗效率。

作为本发明的一种实施方式，所述锥形盘2上圆周均布有一组挡板22，通过挡板22增加石英砂在锥形盘2上的停留时间，进一步增加石英砂的酸洗效率；通过圆周均布在锥形盘2外周的挡板22，对石英砂进行阻挡，防止石英砂从锥形盘2上快速滑落后堆积在本体1底部，进而增加锥形盘2上的石英砂存量，进一步增加酸洗液对石英砂的浸透效率，增加石英砂与酸洗液的接触面积，进而进一步增加石英砂的酸洗效率。

作为本发明的一种实施方式，所述锥形盘2圆周均布一组活动孔23；所述本体1内转动连接有圆盘24，圆盘24的转轴贯穿并延伸至本体1外侧后通过电机驱动，电机通过控制器连接电源；所述圆盘24靠近外周的部位固连有转销25，转销25上铰接有连杆26；所述连杆26另一端贯穿活动孔23后延伸至锥形盘2上部；通过连杆26上下运动增加锥形盘2的排砂效率；当石英砂酸洗完毕之后，通过控制器启动电机，进而带动圆盘24转动，由于圆盘24靠近外周的部位固连有转销25，转销25上铰接有连杆26，使得圆盘24转动时带动连杆26不断上下往复运动，进而增加锥形盘2的振动，同时连杆26对锥形盘2上的石英砂进行扰动，配合酸洗液进一步增加石英砂下落的速度，进而增加本体1排砂的效率，进一步增加石英砂的酸洗效率。

作为本发明的一种实施方式，所述挡板22贯穿活动孔23，且挡板22与活动孔23内壁铰接；所述连杆26与挡板22一端铰接；通过连杆26带动挡板22摆动，进一步增加石英砂的酸洗效率；由于挡板22贯穿活动孔23，且挡板22与活动孔23内壁铰接，使得圆盘24带动连杆26上下运动时，连杆26带动挡板22不断摆动，进而使得挡板22不断搅动本体1内的酸洗液，使得石英砂随水流的搅动而悬浮，进而增加石英砂与酸洗液的接触面积，增加酸洗效率，同时增加锥形盘2的排砂速度，进一步增加石英砂的酸洗效率。

作为本发明的一种实施方式，所述挡板22内开设有一号孔27，挡板22靠近锥形盘2中心的一侧均匀开设有一组与一号孔27连通的二号孔28；所述一号孔27通过软管与高压的酸洗液连通；通过二号孔28喷出酸洗液，增加石英砂的悬浮效率，进一步增加石英砂的酸洗效率；通过将高压的酸洗液经管道充入一号孔27中，之后经二号孔28喷出，进而利用水流的冲击力增加锥形盘2表面石英砂的悬浮时间，进而使得石英砂充分与酸洗液接触，增加石英砂的酸洗效率，同时配合挡板22的往复搬动，增加二号孔28中喷出的酸洗液的扰动范围，进而增加石英砂的悬浮效率，增加石英砂的的酸洗效率。

作为本发明的一种实施方式，所述支杆15上与圆盘24对应位置设有气缸3，气缸3的缸筒中部与支杆15铰接，气缸3的活塞杆31与转销25转动连接；所述圆盘24上开设有一组喷孔32，喷孔32通过管道与气缸3的排气口连通，气缸3的进气口与外界大气连通；通过气缸3产生压缩气体从喷孔32喷出，增加石英砂的悬浮时间，进一步增加石英砂的酸洗效率；当电机带动圆盘24转动时，圆盘24通过转销25带动活塞杆31不断运动，进而带动气缸3产生压缩气体，压缩气体经软管后从喷孔32喷出，喷出的气体形成气泡，进而使得气泡上升过程中产生的紊流增加石英砂的悬浮时间，进而进一步增加石英砂与酸洗液的接触面积，增加酸洗效率。

使用时，将需要酸洗的石英砂经进料口13装入本体1中，同时通过进液管16向本体1中充入酸洗液，浸没石英砂并对石英砂进行酸洗，酸洗之后的石英砂经排水管12排出后与酸洗液进行分离，即可完成对石英砂的酸洗处理，去除石英砂的杂质；进料口13的石英砂经下料管14向下掉落，当石英砂落在锥形盘2上之后通过锥形盘2分散石英砂，进而使得石英砂的厚度均匀，增加石英砂与酸洗液的接触面积，进而增加石英砂的酸洗效率；由于进料管21相互嵌套，且由下至上每一级所述锥形盘2连接的进料管21直径逐渐增大；所述进料管21均插入下料管14中，且由下至上每一级所述锥形盘2连接的进料管21上端的高度逐渐升高，使得最上层的锥形盘2落满石英砂后堵住与锥形盘2固连的下料管14，使得石英砂经直径较小的下料管14流入低一级的锥形盘2上，进而使得所有的锥形盘2都能均匀摊铺石英砂，保证石英砂的厚度均匀，防止局部厚度过大影响酸洗液的浸透，进而进一步增加石英砂的酸洗效率；通过圆周均布在锥形盘2外周的挡板22，对石英砂进行阻挡，防止石英砂从锥形盘2上快速滑落后堆积在本体1底部，进而增加锥形盘2上的石英砂存量，进一步增加酸洗液对石英砂的浸透效率，增加石英砂与酸洗液的接触面积，进而进一步增加石英砂的酸洗效率；当石英砂酸洗完毕之后，通过控制器启动电机，进而带动圆盘24转动，由于圆盘24靠近外周的部位固连有转销25，转销25上铰接有连杆26，使得圆盘24转动时带动连杆26不断上下往复运动，进而增加锥形盘2的振动，同时连杆26对锥形盘2上的石英砂进行扰动，配合酸洗液进一步增加石英砂下落的速度，进而增加本体1排砂的效率，进一步增加石英砂的酸洗效率；由于挡板22贯穿活动孔23，且挡板22与活动孔23内壁铰接，使得圆盘24带动连杆26上下运动时，连杆26带动挡板22不断摆动，进而使得挡板22不断搅动本体1内的酸洗液，使得石英砂随水流的搅动而悬浮，进而增加石英砂与酸洗液的接触面积，增加酸洗效率，同时增加锥形盘2的排砂速度，进一步增加石英砂的酸洗效率；通过将高压的酸洗液经管道充入一号孔27中，之后经二号孔28喷出，进而利用水流的冲击力增加锥形盘2表面石英砂的悬浮时间，进而使得石英砂充分与酸洗液接触，增加石英砂的酸洗效率，同时配合挡板22的往复搬动，增加二号孔28中喷出的酸洗液的扰动范围，进而增加石英砂的悬浮效率，增加石英砂的的酸洗效率；当电机带动圆盘24转动时，圆盘24通过转销25带动活塞杆31不断运动，进而带动气缸3产生压缩气体，压缩气体经软管后从喷孔32喷出，喷出的气体形成气泡，进而使得气泡上升过程中产生的紊流增加石英砂的悬浮时间，进而进一步增加石英砂与酸洗液的接触面积，增加酸洗效率。

上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图2为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。