微波结合酸浸去除石英砂中气液包裹体的工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石英砂纯化技术领域，更具体地，涉及一种微波结合酸浸去除石英砂 中气液包裹体的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 石英砂是重要的工业矿物原料，在传统的工业生产和现代科技中都得到了广泛的 应用，经过加工的石英粉料，是机械铸造工业和化学工业中制造各种材料的原料，纯度高、 透明度好的石英还可代替水晶制造石英玻璃和人造晶体。高质量石英玻璃的传统原料是一 级、二级天然熔炼水晶，但是水晶资源已接近枯竭，不能满足现代高科技工业发展的需求， 促使人们探索替代水晶的石英玻璃原料矿种。我国从20世纪80年代末开始研究石英玻璃 的普通石英原料，已取得一定程度的进展 [3]。能替代二、三、四级水晶，但只适用于中、低档 石英玻璃，高纯、低羟基石英玻璃原料的技术难关仍没有攻克。石英矿由于成矿时的种种原 因，造成结晶构造的缺陷和空穴，这些地方被其他成矿溶液所填充，随着晶体生长逐渐被密 封形成包裹体。而石英矿中赋存最多的就是气液包裹体，气液包裹体以及气液包裹体中羟 基水的存在直接影响石英原料纯度，从而影响石英玻璃的性能。
[0003] 针对石英原料中影响石英砂品质的气液包裹体的存在，目前主要用差异腐蚀法和 热爆裂法来去除气液包裹体中的水分子，并取得了一定的成果。Kravet等研究用热或冷爆 裂法除去二氧化硅微粉中的气液包裹体杂质，其产生的应力对打开石英粒子形状较大的内 部包裹体有良好效果，但是难以破坏微小气液包裹体状态。杨军等采用差异腐蚀法，能有效 地去除石英矿物中的气液包裹体，然而，反应到一定程度时，无论怎样增加酸碱差异强度， 气液包裹体含量不再明显降低，气液包裹体数量也不再明显减少，气液包裹体不易被彻底 去除。留存在石英砂原料中的气液包裹体的直径已经很小，一般介于2~20微米之间，有 的甚至达到零点几微米。它们包覆在石英砂的表层深处，外加化学物质或试剂不能透过表 层进入而与包裹体中的杂质和水分反应来达到去除包裹体的目的，此时化学除杂手段显然 是行不通的。
[0004] 因此，现有技术有采用物理方法使气液包裹体与外界之间打开一条"通道"，然后 用施加外加载荷或者化学方法进行除杂的相关研究。微波是指波长从1_到lm左右的电 磁波，其频率在300~300000MHz之间，是一种交变电磁波。微波具有独特的选择性加热、 整体性加热，加热效率高、加热速度快、加热均匀、节能高效、无污染、安全无害以及可将高 介电常数物质在几分钟内加热几千度等特点。理论上可以对石英砂进行微波加热，促使气 液包裹体爆裂，然后施加外加载荷或者用化学方法进行除杂。
[0005] 专利申请号为201110040475.X的中国专利申请提供了一种高纯石英砂生产中气 液包裹体及杂质去除方法，将石英砂置于微波场中，微波频率范围为300MHz~300GHz，使 得气液包裹体与杂质被选择性加热迅速升温到l〇〇〇°C以上（越高越好），保温2~30分钟， 然后迅速冷却，然后将石英砂施加外加载荷，破坏气液包裹体或使杂质剥离；《微波和酸蚀 作用下石英砂中气液包裹体的去除及机理研究》（侯清麟等）提出微波功率为800W处理时 间30min后再用HF浸泡5h;《微波-酸蚀去除石英砂气液包裹体的工艺研究》（侯清麟等， 2015)提出石英砂经微波功率为1500W作用30min处理，再经浓度为0. 3mol/L的氢氟酸溶 液在80°C的恒温水浴中酸浸5h，等等，但效果各异。现有研究表明，采用物理方法使气液包 裹体与外界之间打开一条"通道"，然后用化学方法进行除杂的方法是可行的。
[0006] 但是，不同微波功率产生的技术效果不同，而且在石英砂气液包裹体的去除过程 中，除了微波功率的影响，其他关键因素例如单酸种类、酸的浓度、酸浸时间对石英砂气液 包裹体去除效果的影响规律并不清晰，所以本领域现有的相关研究成果，提供的技术方案 和技术效果各不相同。处理工艺条件的每一细微差别都会导致巨大的效果差异，而石英砂 纯化效果方面的一点点微小的差异直接带来石英砂质量和价格方面迥异的差异性，所以有 必要探寻更多的、效果更好的精确处理工艺，为石英砂的纯化提供技术保障。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的一个技术问题是针对现有石英砂纯化技术不足，尤其是针对微波 结合酸浸工艺去除石英砂中气液包裹体技术方案的不足，提供一种高效去除石英砂中气液 包裹体的工艺方法。
[0008] 本发明的发明目的通过以下技术方案予以实现：
[0009] 本发明提供一种微波结合酸浸去除石英砂中气液包裹体的工艺方法，是将高纯石 英砂经微波功率为1800~2400w微波辐射处理后，再用质量分数为5%~15%的单酸酸浸 6~24h;所述单酸为盐酸、硝酸或氢氟酸。
[0010] 所述高纯石英砂（石英砂料）是利用现有传统工艺将石英砂经粗破、分选、煅烧、 筛分得到。所述石英矿为富含水的气液包裹体石英矿，即所述气液包裹体中液体成分主要 为水的石英矿。石英矿的产地不影响本发明研究结论。
[0011] 在长期研究基础上结合创造性分析，本申请人总结得到，高纯石英砂气液包裹体 去除效果的关键影响因素包括微波功率、单酸种类、酸的浓度和酸浸时间，而其中最为关键 的影响因素为微波功率，其次为酸的浓度，再次为酸浸时间，然后是单酸种类，并将总结结 论经正交实验验证。本发明进一步总结得到，只有在将高纯石英砂经1800~2400W微波辐 射处理后，其采用物理方法使气液包裹体与外界之间打开一条"通道"的效果最佳。并将总 结结论经正交实验验证，还进一步精确总结得到微波处理的最佳功率为2400w。在2400w微 波辐射处理后，采用盐酸、硝酸或氢氟酸中任何一种单酸进行酸浸处理，获得的效果稳定且 较佳。
[0012] 优选地，所述微波辐射处理的时间为3h。
[0013] 在精确地微波处理条件基础上，本发明研究发现，所述单酸优选盐酸。
[0014] 本发明可选的方案之一为将高纯石英砂经1800w微波辐射处理，再用质量分数为 5 %的盐酸酸浸6h。
[0015] 本发明可选的方案之二为将高纯石英砂经2100w微波辐射处理，再用质量分数为 1〇%的盐酸酸浸2411。
[0016] 本发明可选的方案之三为将高纯石英砂经2400w微波辐射处理，再用质量分数为 5%的硝酸酸浸24h。
[0017] 本发明可选的方案之四为将高纯石英砂经2100w微波辐射处理，再用质量分数为 15 %的硝酸酸浸6h。
[0018] 本发明可选的方案之五为将高纯石英砂经2400w微波辐射处理，再用质量分数为 10%的氢氟酸酸浸6h。
[0019] 本发明可选的方案之六为将高纯石英砂经2100w微波辐射处理，再用质量分数为 5%的氢氟酸酸浸1211;
[0020] 本发明可选的方案之七为将高纯石英砂经1800w微波辐射处理，再用质量分数为 15%的氢氟酸酸浸24h。
[0021] 本发明最优选的方案为将高纯石英砂经2400w微波辐射处理，再用质量分数为 15%的盐酸酸浸12h。
[0022] 本发明同时提供基于所述工艺方法制备得到气液包裹体去除效果好的高纯度石 英砂。
[0023] 本发明的有益效果：
[0024]在本领域现有研究成果营造的扑朔迷离的迷雾中，本发明提出了清晰的微波结合 酸浸处理高纯石英砂气液包裹体的科学规律，提供一种高效、效果稳定的微波结合酸浸去 除石英砂中气液包裹体的工艺方法。
[0025] 首先，在长期研究基础上结合创造性分析，本申请人总结得到，高纯石英砂气液包 裹体去除效果的关键影响因素包括微波功率、单酸种类、酸的浓度和酸浸时间，而其中最关 键的影响因素为微波功率，其次为酸的浓度，再次为酸浸时间，然后是单酸种类，并将总结 结论经正交实验验证，还进一步精确总结得到微波处理的最佳功率为2400w。
[0026]在此基础上，本发明进一步研究了单酸种类、酸的浓度和酸浸时间的影响规律，做 了科学细致的研究和确定，结合正交实验进行验证，优化实验步骤和操作工艺，最终获得最 佳处理工艺，获得了气液包裹体的去除效果好的高纯度石英砂，经大量实验证明，经本发明 工艺处理的石英砂料的光透过率均稳定在90. 0%以上，高达99. 2%，Si02的纯度达到了 99. 988%。本发明工艺操作简单，工艺稳定可靠，适合工业化大生产。
【附图说明】
[0027] 图1处理前后石英砂样品红外光谱图。
[0028] 图2石英砂料原料试样偏光显微图。
[0029] 图3本发明表3中7号试样偏光显微图。
[0030] 图4本发明表3中8号试样偏光显微图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。为方便说明，本发明下述实 施例采用的试剂、仪器和设备等例举如下，但并不因此限定本发明，其他试剂、仪器、设备和 方法除非特别说明，均参照本领域常规使用的试剂、仪器、设备和方法。
[0032] 实验试剂：石英砂料（南京生产）；主要试剂：不同质量分数的HC1、HN03、HF常规 市购。
[0033] 实验仪器及设备：RWS微波多功能实验炉（湖南省中晟热能有限公司），傅里叶红 外光谱仪，Leica偏光显微镜观，电感耦合等离子体发射光谱仪，721分光光度计，pH计，烘 箱，电子天平。
[0034] 样品表征：采用傅里叶红外光谱仪对石英砂样气液包裹体中水分子的含量进行观 测；用Leica偏光显微镜观察经微波酸浸处理后