一种高纯石英玻璃原料的制备方法与流程

本发明属于石英砂选矿提纯技术领域，具体涉及一种高纯石英玻璃原料的制备方法，用于制备sio2含量高于99.99％的高纯石英玻璃原料。

背景技术：

高纯石英砂一般是指sio2含量高于99.95％的石英粉体，是石英玻璃和石英坩埚的主要原料，其高档产品被广泛应用在大规模及超大规模集成电路、光纤、太阳能电池、激光、航天、军事等行业中。由于这些行业关系到国家的长远发展，是一个国家高新技术可持续发展的必要条件，因此高纯石英砂的战略地位非常重要，其高端产品的制备技术被美国、德国等发达国家垄断，并限制技术和出口。我国石英砂的提纯和规模化开采依然处于艰难的探索阶段。

高纯石英一般选用天然水晶为原料，经过精选提纯加工后，才能达到质量指标要求。但是高品级石英原料紧缺，价格昂贵，天然水晶储量逐渐枯竭。因此，采用其他硅质矿物资源生产高纯石英具有非常重要的意义。目前自然界中只有优质水晶(一级、二级水晶)可以满足要求，但本身储量有限，而天然的高纯水晶原料日益枯竭。因此，利用各种分选提纯的手段从石英矿资源中分离出高纯度的石英砂成为当前的研究重点和难点。实践证明：石英一般与云母、长石、赤褐铁矿等矿物伴生在一起，因此在石英的选矿提纯试验中，主要是去除铁质、铝质、钙质等矿物组分。

我国是世界上石英砂矿产资源丰富的国家之一。富含石英岩和石英砂岩的变质岩和沉积岩分布广泛，具备形成硅质原料矿的有利条件。同时，我国水晶矿床贫矿多、富矿少，高级别储量少，多为伴生矿床，开采条件差，开采后多采用手工分选，各地水晶杂质含量差别较大，产品质量不稳定，难以实现原料的标准化供应。

国外以美国的石英砂选矿提纯技术最为先进，特点是工业化产量大、装备专业化和生产自动化程度高，其产品已发展到第六代(杂质总质量分数小于8×10^-6，透明度为光学级)。经过选矿提纯制成的高纯和超高纯石英砂已广泛应用于航空航天、原子能技术、激光、光缆通讯、军工等高科技领域。随着科学技术的进步，高科技用硅的需求量也将大量增加，而天然水晶资源的趋枯竭使得人们不得不将目光转向天然水晶的替代品—高纯和超高纯石英砂上。

目前，以脉石英、石英岩和石英砂岩为原料提纯加工高纯石英，主要是采用物理方法(分级脱泥、重选、磁选、浮选等)和化学方法(酸浸等)的联合工艺。为了制备高纯度的石英砂产品，《矿产与地质》2003年第一期刊登的“某地平板玻璃原料用石英砂的提纯研究”一文中，对某地石英矿砂通过磁选分离法、稀酸浸泡法处理后，矿砂不同程度地降低了铁、铝、钙镁的含量；采用磁选分离法+稀酸浸泡法联合处理后,使该地石英砂的化学成分达到了优质的生产平板玻璃用硅质原料的国家标准准。但总体来说，处理后产品中sio2含量仍不高，最高仅为98.61％，且杂质fe2o3等含量较高，不能作为高纯石英玻璃原料使用。

因此，在高品级石英原料紧缺，价格昂贵，天然水晶储量逐渐枯竭情况下，采用其他硅质矿物资源生产高纯石英，实现精制石英砂、高纯和超高纯石英砂的低成本、大批量工业化生产，具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述问题，而提供一种产品中fe2o3含量低，云母、长石与石英分离效果好且工艺流程简单、生产成本低、能够大批量工业化生产的高纯石英玻璃原料的制备方法。

为实现本发明的上述目的，本发明一种高纯石英玻璃原料的制备方法，采用以下工艺、步骤：

1)一次脱泥作业：将粒度≤0.3mm、sio2含量≥98.3％的原料石英砂给入一次脱泥作业，脱泥量控制在12～19wt％，底流为脱泥砂；采用的脱泥设备为水力旋流器或脱泥斗，或者是水力旋流器和脱泥斗的组合。

为了制备出高档次、高附加值的高纯石英玻璃原料，采用的原料石英砂中，选择sio2含量为98.4～99.2％、al2o3含量0.45～0.7％、fe2o3含量0.1～0.5％为宜。

2)反浮选作业：将步骤1)产出的脱泥砂给入浮选机进行反浮选作业，所述的反浮选作业采用一次粗选、一次精选开路流程，排出反浮选尾矿，浮选机槽底为反浮选精矿；

粗选ph调整剂硫酸用量975～1050g/t，分散剂六偏磷酸钠用量1450～1550g/t，捕收剂为油酸钠和十二胺组合药剂，分开添加，油酸钠和十二胺用量分别为4900～5200g/t、775～830g/t；精选十二胺用量为380～420g/t；

最适宜的加药制度为：粗选ph调整剂硫酸用量985～1020g/t，分散剂六偏磷酸钠用量1475～1530g/t，捕收剂为油酸钠和十二胺组合药剂，分开添加，油酸钠和十二胺用量分别为4950～5100g/t、785～820g/t；精选十二胺用量为385～415g/t。

上述加药量按照浮选给矿量计算。

3)二次脱泥作业：将步骤2)产出的反浮选精矿给入二次脱泥作业进行进一步深度脱泥，脱泥量控制在6～9wt％，底流为脱泥精矿；采用的脱泥设备为水力旋流器或脱泥斗，或者是水力旋流器和脱泥斗的组合；

4)强磁选除杂作业：将步骤3)产出的脱泥精矿给入强磁选机进行强磁选除杂作业，非磁性矿物为磁选精矿；所述的强磁选除杂作业采用一次粗选、一次精选开路流程；强磁选除杂作业采用立环脉动高梯度强磁选机，磁场强度均为790～950ka/m；

5)酸浸除杂作业：将步骤4)产出的磁选精矿经过浓缩，再给入盛有酸溶液的浸出槽中搅拌处理，除去磁选精矿中能溶于酸的杂质元素；采用的酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸中的一种或两种及以上的组合；

浸出过程酸溶液质量浓度比以硫酸∶盐酸∶硝酸∶氢氟酸＝

(28.5％～31.5％)∶(14.5％～16.0％)∶(8.7％～9.3％)∶(5.7％～6.3％)为宜，浸出液固比v∶m＝(3.8～4.2)∶1为佳；浸出温度为80～90℃，浸出时间为6～9h。

6)后处理作业：将浸出后的矿浆进行洗涤、分级、过滤，烘干，采用的分级设备为水力分级机或淘洗机，严格控制高纯石英砂粒度在0.076～0.3mm，即得到sio2品位≥99.99％的高纯石英玻璃原料。

采用的原料石英砂中最好选择为sio2含量98.4～99.2％、al2o3含量0.45～0.7％、fe2o3含量0.1～0.5％。

可以优化制备过程工艺参数，控制最终产品高纯石英玻璃原料中sio2品位≥99.99％、al2o3含量<0.006％、fe2o3含量<0.0055％。

本发明一种高纯石英玻璃原料的制备方法采用以上工艺方案后，具有以下积极效果：

(1)先后采用两次脱泥作业，在浮选前脱泥可明显降低石英砂中fe2o3含量，在浮选后脱泥进一步提高浮选精矿sio2品位。

(2)采用反浮选工艺和组合加药，反浮选云母、长石与石英的分离效果好，反浮选精矿、反浮选尾矿颜色区别明显。

(3)采用强磁选作业进一步降低了产品中fe2o3含量，在浸出过程中，通过硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸复配组合、协同效应，可有效降低产品中al2o3含量。

(4)工艺流程简单，生产成本低，获得石英砂产品纯度高，不仅满足国内高档石英玻璃生产厂家的原料需求，还可以出口创汇。

(5)严格控制高纯石英砂粒度在0.076～0.3mm，可以作为石英玻璃的原料，产品的附加值高。

(6)高纯石英砂产品的产率高，最终产品高纯石英玻璃原料中sio2品位≥99.99％、al2o3含量<0.006％、fe2o3含量<0.0055％，最终产品产率高达68％～75％；副产品可以作为平板玻璃原料、微晶玻璃或其它高档装饰材料的原料，做到100％利用。

(7)为石英砂的高附加值开发提供了一条新途径，取得了意想不到的技术、经济效果。

附图说明

图1为本发明一种高纯石英玻璃原料的制备方法的选矿工艺流程图。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明一种高纯石英玻璃原料的制备方法做进一步详细说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

某石英砂sio2品位99.1942％，al2o3含量0.5242％，fe2o3含量0.1388％，先将小于0.3mm的石英砂脱泥，脱泥量为16.37wt％，底流为脱泥砂；然后将脱泥砂给入浮选机进行反浮选，反浮选流程为一次粗选、一次精选，粗选ph调整剂硫酸用量1000g/t，分散剂六偏磷酸钠用量1500g/t，捕收剂为油酸钠和十二胺组合药剂，分开添加，用量分别为5000g/t、800g/t，精选十二胺用量为400g/t，槽底为浮选精矿；再将浮选精矿进行深度脱泥，脱泥量为5.12wt％，粗粒级为脱泥精矿；随后将脱泥精矿给入强磁选机进行磁选除杂，强磁选流程为一次粗选、一次精选，磁场强度均为796.18ka/m，非磁性矿物为磁选精矿；接着将磁选精矿浓缩，给入盛有酸溶液的浸出槽中搅拌处理，浸出过程酸溶液质量浓度比硫酸∶盐酸∶硝酸∶氢氟酸＝30％∶15％∶8.9％∶6％。浸出液固比v∶m＝4∶1，浸出温度85℃，浸出时间6h；最后将浸出后的矿浆洗涤、分级、过滤，烘干，得到高纯石英砂sio2品位99.9915％，al2o3含量0.0042％，fe2o3含量0.0038％。

本实施例具有工艺流程简单，生产成本低，获得石英砂产品纯度高等优点。

实施例2

某石英砂sio2品位98.7701％，al2o3含量0.4983％，fe2o3含量0.2720％，先将小于0.3mm的石英砂脱泥，脱泥量为10.00wt％，底流为脱泥砂；然后将脱泥砂给入浮选机进行反浮选，反浮选流程为一次粗选、一次精选，粗选ph调整剂硫酸用量1000g/t，分散剂六偏磷酸钠用量1500g/t，捕收剂为油酸钠和十二胺组合药剂，分开添加，用量分别为5000g/t、800g/t，精选十二胺用量为400g/t，槽底为浮选精矿；再将浮选精矿进行深度脱泥，脱泥量为5.00wt％，粗粒级为脱泥精矿；随后将脱泥精矿给入强磁选机进行磁选除杂，强磁选流程为一次粗选、一次精选，磁场强度均为796.18ka/m，非磁性矿物为磁选精矿；接着将磁选精矿浓缩，给入盛有酸溶液的浸出槽中搅拌处理，浸出过程酸溶液质量浓度比硫酸∶盐酸∶硝酸∶氢氟酸＝30％∶15％∶8.9％∶6％。浸出液固比v∶m＝4∶1，浸出温度80℃，浸出时间9h；最后将浸出后的矿浆洗涤、分级、过滤，烘干，得到高纯石英砂sio2品位99.9916％，al2o3含量0.0032％，fe2o3含量0.0048％。

本实施例具有工艺流程简单，生产成本低，获得石英砂产品纯度高等优点。

实施例3

某石英砂sio2品位98.4813％，al2o3含量0.6897％，fe2o3含量0.3948％，先将小于0.3mm的石英砂脱泥，脱泥量为20.00wt％，底流为脱泥砂；然后将脱泥砂给入浮选机进行反浮选，反浮选流程为一次粗选、一次精选，粗选ph调整剂硫酸用量1000g/t，分散剂六偏磷酸钠用量1500g/t，捕收剂为油酸钠和十二胺组合药剂，分开添加，用量分别为5000g/t、800g/t，精选十二胺用量为400g/t，槽底为浮选精矿；再将浮选精矿进行深度脱泥，脱泥量为10.00wt％，粗粒级为脱泥精矿；随后将脱泥精矿给入强磁选机进行磁选除杂，强磁选流程为一次粗选、一次精选，磁场强度均为796.18ka/m，非磁性矿物为磁选精矿；接着将磁选精矿浓缩，给入盛有酸溶液的浸出槽中搅拌处理，浸出过程酸溶液质量浓度比硫酸∶盐酸∶硝酸∶氢氟酸＝30％∶15％∶8.9％∶6％。浸出液固比v∶m＝4∶1，浸出温度90℃，浸出时间6h；最后将浸出后的矿浆洗涤、分级、过滤，烘干，得到高纯石英砂sio2品位99.9936％，al2o3含量0.0027％，fe2o3含量0.0032％。

实施例4

某石英砂sio2品位99.2213％，al2o3含量0.5321％，fe2o3含量0.3312％，先将小于0.3mm的石英砂脱泥，脱泥量为16.50wt％，底流为脱泥砂；然后将脱泥砂给入浮选机进行反浮选，反浮选流程为一次粗选、一次精选，粗选ph调整剂硫酸用量1000g/t，分散剂六偏磷酸钠用量1500g/t，捕收剂为油酸钠和十二胺组合药剂，分开添加，用量分别为5000g/t、800g/t，精选十二胺用量为400g/t，槽底为浮选精矿；再将浮选精矿进行深度脱泥，脱泥量为7.50wt％，粗粒级为脱泥精矿；随后将脱泥精矿给入强磁选机进行磁选除杂，强磁选流程为一次粗选、一次精选，磁场强度均为796.18ka/m，非磁性矿物为磁选精矿；接着将磁选精矿浓缩，给入盛有酸溶液的浸出槽中搅拌处理，浸出过程酸溶液质量浓度比硫酸∶盐酸∶硝酸∶氢氟酸＝30％∶15％∶8.9％∶6％。浸出液固比v∶m＝4∶1，浸出温度90℃，浸出时间6h；最后将浸出后的矿浆洗涤、分级、过滤，烘干，得到高纯石英砂sio2品位99.9955％，al2o3含量0.0012％，fe2o3含量0.0028％。

本实施例具有工艺流程简单，生产成本低，获得石英砂产品纯度高等优点。

上述各实施例皆取得了最终产品高纯石英玻璃原料中sio2品位≥99.99％的优异指标，取得了意想不到的技术结果。