一种从工业纯石英砂中深度除铝的方法技术

本发明专利技术涉及一种从石英砂中深度脱除杂质铝的方法，用１５％－２０％的单一盐酸代替盐酸和硫酸组成的混合酸，盐酸∶石英砂的重量比为１∶１，在温度为８０℃－９０℃时用机械搅拌对工业纯的石英砂浸出至少５小时或者用０．４％－０．６％的草酸与１．０％－４．５％的盐酸成的混合酸对石英砂中的铝进行浸除，草酸与盐酸混合重量比为０．５∶９９．５，混合酸∶石英砂的重量比为１∶１，超声波搅拌至少１小时，利用上述方法，可以把工业纯石英砂中的杂质铝除到２０ＰＰｍ以下，超过世界公认的美国Ｕｎｉｍｉｎ公司优质石英砂的标准，且以极少量的弱酸（草酸）代替了常用的工业强酸（硫酸），故对环境的危害大大降低，有利于环境保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种从石英砂中深度脱除杂质铝的方法，特别是指一种用简单易 行，对环境比较友好且可能在工业界大规模推行的办法从工业纯石英砂中进一步 脱除杂质铝，使之达到世界公认的优质石英砂标准的方法。
技术介绍
杂质含量在ppm级的高纯石英砂是一种重要的工业原料。它广泛应用于计算 机、光导光纤、半导体材料、航空航天、原子能技术等高科技领域。但由于这些 高科技领域对石英原料的要求很高，而我国天然高纯度石英资源又很缺乏，因此 目前每年不得不进口 5000—8000吨以满足急需，而且逐年增加。因此，寻求一 种高效环保的石英砂深度提纯技术，不但具有科学上的意义，更重要的是可以满 足我国的高科技用材需求，因此具有重要的战略意义。工业纯的石英砂含有很多种杂质，其中以杂质铁和铝最难除去，因而含量较 高。这两种杂质中，又尤以杂质铝最难除去，因此也含量最高。在绝大多数情况 下，杂质铝含量为杂质铁含量的数倍到100多倍。通常认为，这是由于二氧化硅 的特殊结构所致铝在石英晶格中以交互嵌镶的形式存在，因而大大增加了两者 分离的难度。有鉴于此，目前对于工业石英砂进一步深度除铝大多用强酸强碱加 高温的极端办法，以有效破坏石英的晶格结构从而除去其中的杂质。这些办法通 常又可分为两类(由于强碱法不能除去石英砂中的铁、铜等或其化合物，该操作 前、后都需经过酸洗步骤，强碱法浸蚀只是一系列操作中的一个步骤，故归入酸 法) 一类是无(氢)氟(酸)酸浸法，所用的酸通常包括盐酸，硝酸，硫酸等 强酸，其浓度约为20%—100%不等，也可能与其它单元操作如焙烧，水淬，以及 4CTC一12(TC的高温等条件配合使用。这类方法的主要优点是对石英砂的主要成 分二氧化硅无损害，但一般除铝的效果欠佳。而且浸余液酸度高，对环境危害大， 且操作用时长；另一类是有(氢)氟(酸)酸浸法，其最显著的特点是在第一类 的酸中加入了一定比例的氢氟酸。由于氢氟酸能与石英砂的主要成份二氧化硅反 应，造成石英砂的损失。因此该类方法的主要缺点是除杂过程对目的矿物二氧化 硅有损害，但由于氢氟酸能彻底破坏阻碍杂质铝除去的二氧化硅晶格结构，因此 通常除杂率较高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有两类方法的不足，提供一种既不造成主要目的矿 物石英砂的损失，又能以较快的时间有效去除石英砂中的杂质铝，使其达到世界 公认的优质石英砂含铝水平，同时又对环境的危害大大减小的方法。 本专利技术的技术方案有两个按重量百分比计算，用15%_20%的单一盐酸代替盐酸和硫酸组成的混合酸，盐酸石英砂的重量比为l: 1，在温度为80。C—90。C时用机械搅拌对工业纯的石英砂浸出至少5小时，石英砂中铝的去除率可达45%，即达到20.4ppm。这个 结果与世界公认的高纯石英砂供应商一美国Unirnin公司22. 7ppm (北京大学测 定值)的含铝量相当。但比通常20%—100%的用酸量大大减少，其中15%的盐酸 和8(TC温度下的除杂效果最好。按重量百分比计算，用0. 4%—0. 6%的草酸与1. 0%—4. 5%的盐酸成的混合酸 对石英砂中的铝进行浸除，草酸与盐酸混合重量比为0.5: 99.5，混合酸石英 砂的重量比为1: 1，超声波搅拌至少1小时，石英砂中铝的去除率最大可达53%， 即17.4ppm。这个结果比国内外已知的同类方法效果要好，也比美国Unimin公 司22. 7卯m(北京大学测定值)的含铝量低5ppm。而且酸的浓度进一步大幅减少。其中以如下方案最好0. 5%的草酸和1. 0%的盐酸按0. 5: 99. 5的重量比混 合，施加超声波频率25—40kHz，功率360W，施加方式为反应釜外施加。草酸的作用主要是加快了除杂的初始速度，而超声波的作用主要是从分子 水平上强化了浸出过程的质量传递和动量传递，使石英砂颗粒与溶液间反应层的 表面更新加快，并使石英砂中的杂质铝原子在交变的动力下处于不稳状态并阻止 新的缔合或结合，从而有利于从石英砂中剥离出来。其结果就是达到最高的浸出 率所用的操作时间用超声波搅拌比用传统的机械搅拌少耗时4小时，即前者仅为 后者的20%。本专利技术的有益效果是(1) 在使用单一酸时，比同类的方法能节省大量强酸，且效果与同类方 法的效果相比稍优或更好。(2) 用0. 5%左右的草酸和1. 0%左右盐酸的混合酸时，不但能大大节约 工业强酸的用量(通常约为15%—100%)，而且完全省去了工业强酸硫酸的使用。 代之以浓度很小的弱酸一草酸和低浓度的盐酸(1.0%)，从而有利于环境保护。(3) 在上述(2)的混合酸下，并有超声波作用时，我们的除铝效果通 常比同类的方法更快更好；或者在大致相同的除铝效果时，我们的方法更简捷。(4) 有很多实验证明，在草酸存在的条件下，也可以除去石英砂中的铁、 铜等其它金属杂质。因此最少理论上不但可使浸除液得到充分利用，而且降低了 浸余液的酸度，有利于环境保护。具体实施例方式实验所用的样品为江苏连云港金达石英宝石制品有限公司提供，其中Si02 含量高达99. 87%,杂质铝含量为37. lppm。故为深度除铝。 实施例l:(优选)在带机械搅拌的反应釜中，温度为8(TC、盐酸溶液石英砂的重量比为l: 1，在15%的单一盐酸溶液中，反应5小时后浸除率达到最大值45%。亦即，浸除 后的石英砂含铝(21. 4ppm)，稍优于美国Unimin公司22. 7ppm的水平。实施例3:(优选)在反应釜底(外)部用超声波搅拌，超声波频率40kHz,功率360W，温度为 80°C、将1. 0%的盐酸和0. 5%草酸混合酸溶液按99. 5/0. 5重量比进行混合，加入 等重量的石英砂于混合酸溶液，反应1小时后浸除率达到53%。浸除后的石英砂 含铝(17.4ppm),超过美国Unimin公司22.7ppm的水平。且浸除用酸量大大降 低，用时仅为实施例1中机械搅拌的20%。权利要求1、，其特征在于按重量百分比计算，用15％-20％的单一盐酸代替盐酸和硫酸组成的混合酸，盐酸∶石英砂的重量比为1∶1，在温度为80℃-90℃时用机械搅拌对工业纯的石英砂浸出至少5小时。2、 权利要求所述的，其特征在于用15%的单一盐酸代替盐酸和硫酸组成的混合酸，在温度为80'C时用机械搅拌对工业 纯的石英砂浸出。3、 ，其特征在于按重量百分比计算，用0.4%_0.6%的草酸与1.0%—4.5%的盐酸成的混合酸对石英砂中的铝进行浸除，草酸与盐酸混合重量比为0.5: 99.5，混合酸石英砂的重量比为l: 1，超声波 搅拌至少1小时。4、 权利要求2所述的，其特征在于0. 5% 的草酸和1. 0%的盐酸按0. 5: 99. 5的重量比混合，施加超声波频率25—40kHz， 功率360W，施加方式为反应釜外施加。全文摘要本专利技术涉及一种从石英砂中深度脱除杂质铝的方法，用15％-20％的单一盐酸代替盐酸和硫酸组成的混合酸，盐酸∶石英砂的重量比为1∶1，在温度为80℃-90℃时用机械搅拌对工业纯的石英砂浸出至少5小时或者用0.4％-0.6％的草酸与1.0％-4.5％的盐酸成的混合酸对石英砂中的铝进行浸除，草酸与盐酸混合重量比为0.5∶99.5，混合酸∶石英砂的重量比为1∶1，超声波搅拌至少1小时，利用上述方法，可以把工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从工业纯石英砂中深度除铝的方法，其特征在于：按重量百分比计算，用１５％－２０％的单一盐酸代替盐酸和硫酸组成的混合酸，盐酸：石英砂的重量比为１∶１，在温度为８０℃－９０℃时用机械搅拌对工业纯的石英砂浸出至少５小时。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬生，沈琴，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]