一种低羟基超高纯石英砂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低羟基超高纯石英砂的制备方法,主要包括选料、煅烧、水淬、酸洗、干燥、酯化、煅烧等工序，其中酸洗步骤中用乙二胺四乙酸和乙酸配制成酸洗液对石英砂进行金属除杂，酯化过程中将石英砂浸泡在含有酸酐的无水乙醚中进行表面羟基酯化反应，然后高温煅烧除去酯基，最终得到二氧化硅含量≥99.990％、羟基含量≤10ppm的超高纯石英砂。

【技术实现步骤摘要】
一种低羟基超高纯石英砂的制备方法
本专利技术涉及无机材料加工领域，特别涉及一种低羟基超高纯石英砂的制备方法。
技术介绍
超高纯石英砂通常是指SiO2含量高于99.990％石英砂，其具有极好的化学稳定性，高绝缘耐压能力和极低的体膨胀系数。以超高纯石英砂为原料通过高温软化和成型工艺制备的石英玻璃是光纤通讯、大规模集成电路、航空航天等尖端科技和新兴工业的基础性材料。石英玻璃工业对其原料石英砂的质量要求主要包括气泡气线、纯度和杂质点三个方面，其中主要由羟基和存在于气液包裹体中水分子造成的气泡气线则是所有石英玻璃产品的大忌，也是高纯石英砂生产中最难以控制的关键质量指标。当以含有较多羟基和气液包裹体的石英砂为原料时，所生产出来的石英玻璃制品气泡气线超标。目前，我国生产石英玻璃用石英砂原料全部选用高纯度、低羟基、低气液包裹体的高品质原生脉石英矿，对矿石的处理工艺简单。传统石英砂提纯工艺采用真空高温炉脱除羟基，脱羟基效果不佳，导致低羟基石英砂对原料矿石的依赖性极大，然而可利用的原生脉石英矿极少且价格昂贵，致使成产成本高昂。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种低羟基超高纯石英砂的制备方法，以二氧化硅含量≤99.000％、羟基含量≥500ppm的精制石英砂为原料，最终得到二氧化硅含量≥99.990％、羟基含量≤10ppm的超高纯石英砂。为了实现上述目的，本专利技术采用一种低羟基超高纯石英砂的方法，包括以下步骤：(1)选料：选用SiO2含量≤99.000％，粒度范围在280～300目的精制石英砂；(2)煅烧-水淬：将石英砂置于500～1300℃高温下煅烧5～6小时，接着用0～4℃水淋洗石英砂50～60秒，再将石英砂置于20～30℃水中8～10分钟同时施加超声；(3)酸洗-干燥：将石英砂浸泡在含有乙二胺四乙酸和乙酸的酸洗溶液中，溶液的pH值为3～4，温度50～60℃，施加超声并搅拌溶液4～5小时，过滤分离得到石英砂，用去离子水冲洗石英砂三遍，将石英砂干燥后冷却至室温；(4)酯化：将石英砂浸泡于含有0.08～0.1mol/L酸酐的无水乙醚中，在20～25℃且充满氮气的密闭条件下，使用磁力搅拌体系8～10小时，石英砂表面羟基被酯化，将石英砂分离出来；(5)煅烧：将石英砂置于充满氮气的煅烧炉中，在1100～1300℃下煅烧1～2小时，在氮气的氛围中降温至室温，即可得到目标石英砂产品。优选的是，所述步骤(2)中的煅烧采用程序升温，从室温起每分钟升温4～6℃到500℃，从500℃起每分钟升温3～5℃，煅烧温度在750℃维持30分钟，在900℃维持30分钟，在1300℃维持30分钟。优选的是，所述步骤(3)中乙二胺四乙酸的质量分数为4～5wt％，乙酸的质量分数为60～80wt％。优选的是，所述步骤(3)中的干燥为将石英砂置于烘干箱中，在300～350℃下干燥2～3小时。优选的是，所述步骤(4)中的酸酐为丙酸酐、丁酸酐、戊酸酐或者己酸酐中的一种。优选的是，所述步骤(5)中的煅烧采用程序升温，从室温起每分钟升温8～10℃到1100℃，从1100℃起每分钟升温4℃，煅烧温度在1200℃维持20～30分钟，在1300℃维持20～30分钟。优选的是，所述步骤(5)在降温过程中向煅烧炉内通入氮气流。本专利技术的有益效果是：本专利技术在酸洗过程中采用乙酸作为酸洗液，同时添加乙二胺四乙酸作为金属螯合剂，避免使用氢氟酸、硝酸、盐酸等无机强酸，更加环保，而且乙酸与乙二胺四乙酸相互配合作用，比目前常用的草酸螯合剂金属除杂效果更好；在无水乙醚中，酸酐能够与石英砂表面的羟基缩合反应脱水生成相应的酯，在高温条件下石英砂表面覆有的酯基会断裂分解而被除去，从而成功脱去石英砂表面的羟基，本方法简单有效地除去了石英砂表面的羟基。具体实施方式下面对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本专利技术以SiO2含量≤99.000％、羟基含量≥500ppm的精制石英砂为原料，通过改进酸洗工艺、去羟基工艺，最终得到SiO2含量≥99.990％、羟基含量≤10ppm的超高纯石英砂。有效降低了石英砂的羟基含量，保证了超高纯石英砂的品质。实施例1：(1)选料：选用SiO2含量≤99.000％，粒度范围在280～300目的精制石英砂；(2)煅烧-水淬：从室温起每分钟升温6℃到500℃，从500℃起每分钟升温3℃，煅烧温度在750℃维持30分钟，在900℃维持30分钟，在1300℃维持30分钟，接着用0℃水淋洗石英砂60秒，再将石英砂置于20℃水中10分钟同时施加超声；(3)酸洗-干燥：将石英砂浸泡在含有5wt％乙二胺四乙酸的80wt％乙酸溶液中进行酸洗，溶液的pH值为4，温度60℃，施加超声并搅拌溶液5小时，过滤分离得到石英砂，用去离子水冲洗石英砂三遍，将石英砂在300℃下干燥3小时后冷却至室温；(4)酯化：将石英砂浸泡于含有0.1mol/L丙酸酐的无水乙醚中，在25℃且充满氮气的密闭条件下，使用磁力搅拌体系8小时，石英砂表面羟基被酯化，将石英砂分离出来；(5)煅烧：将石英砂置于充满氮气的煅烧炉中，采用程序升温，从室温起每分钟升温8℃到1100℃，从1100℃起每分钟升温4℃，煅烧温度在1200℃维持20分钟，在1300℃维持30分钟，在氮气的氛围中降温至室温，即可得到目标石英砂产品；所得石英砂产品的SiO2含量≥99.998％、羟基含量≤6ppm。实施例2：(1)选料：选用SiO2含量≤99.000％，粒度范围在280～300目的精制石英砂；(2)煅烧-水淬：从室温起每分钟升温6℃到500℃，从500℃起每分钟升温3℃，煅烧温度在750℃维持30分钟，在900℃维持30分钟，在1300℃维持30分钟，接着用0℃水淋洗石英砂60秒，再将石英砂置于20℃水中10分钟同时施加超声；(3)酸洗-干燥：将石英砂浸泡在含有4wt％乙二胺四乙酸的60wt％乙酸溶液中进行酸洗，溶液的pH值为4，温度50℃，施加超声并搅拌溶液4小时，过滤分离得到石英砂，用去离子水冲洗石英砂三遍，将石英砂在300℃下干燥2小时后冷却至室温；(4)酯化：将石英砂浸泡于含有0.08mol/L丙酸酐的无水乙醚中，在20℃且充满氮气的密闭条件下，使用磁力搅拌体系8小时，石英砂表面羟基被酯化，将石英砂分离出来；(5)煅烧：将石英砂置于充满氮气的煅烧炉中，采用程序升温，从室温起每分钟升温8℃到1100℃，从1100℃起每分钟升温4℃，煅烧温度在1200℃维持20分钟，在1300℃维持30分钟，在氮气的氛围中降温至室温，即可得到目标石英砂产品；所得石英砂产品的SiO2含量≥99.992％、羟基含量≤10ppm。实施例3：将实施例2的步骤(4)中丙酸酐替换为己酸酐，其余工艺步骤及参数与实施例2相同。对比例1：在步骤(3)中用含有4wt％乙二胺四乙酸的2.5wt％氢氟酸、2.5wt％硝酸、30wt％盐酸混合作为酸洗溶液，pH值为4，其余工艺步骤及参数与实施例2相同。对比例2：在步骤(3)中用含有4wt％草酸的60wt％乙酸溶液作为酸洗溶液，pH值为4，其余工艺步骤及参数与实施例2相同。对比例3：步骤(4)中在无水乙醚中不加入任何酸酐，其余工艺步骤及参数与实施例2相同。对比例4：步骤(4)中加入0.6mo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低羟基超高纯石英砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选料：选用SiO2含量≤99.000％，粒度范围在280～300目的精制石英砂；(2)煅烧‑水淬：将石英砂置于500～1300℃高温下煅烧5～6小时，接着用0～4℃水淋洗石英砂50～60秒，再将石英砂置于20～30℃水中8～10分钟同时施加超声；(3)酸洗‑干燥：将石英砂浸泡在含有乙二胺四乙酸和乙酸的酸洗溶液中，溶液的pH值为3～4，温度50～60℃，施加超声并搅拌溶液4～5小时，过滤分离得到石英砂，用去离子水冲洗石英砂三遍，将石英砂干燥后冷却至室温；(4)酯化：将石英砂浸泡于含有0.08～0.1mol/L酸酐的无水乙醚中，在20～25℃且充满氮气的密闭条件下，使用磁力搅拌体系8～10小时，石英砂表面羟基被酯化，将石英砂分离出来；(5)煅烧：将石英砂置于充满氮气的煅烧炉中，在1100～1300℃下煅烧1～2小时，在氮气的氛围中降温至室温，即可得到目标石英砂产品。

【技术特征摘要】
1.一种低羟基超高纯石英砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选料：选用SiO2含量≤99.000％，粒度范围在280～300目的精制石英砂；(2)煅烧-水淬：将石英砂置于500～1300℃高温下煅烧5～6小时，接着用0～4℃水淋洗石英砂50～60秒，再将石英砂置于20～30℃水中8～10分钟同时施加超声；(3)酸洗-干燥：将石英砂浸泡在含有乙二胺四乙酸和乙酸的酸洗溶液中，溶液的pH值为3～4，温度50～60℃，施加超声并搅拌溶液4～5小时，过滤分离得到石英砂，用去离子水冲洗石英砂三遍，将石英砂干燥后冷却至室温；(4)酯化：将石英砂浸泡于含有0.08～0.1mol/L酸酐的无水乙醚中，在20～25℃且充满氮气的密闭条件下，使用磁力搅拌体系8～10小时，石英砂表面羟基被酯化，将石英砂分离出来；(5)煅烧：将石英砂置于充满氮气的煅烧炉中，在1100～1300℃下煅烧1～2小时，在氮气的氛围中降温至室温，即可得到目标石英砂产品。2.根据权利要求1所述的石英砂制备方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勋，张凤凯，李玉军，赵云良，刘祥友，
申请(专利权)人：江苏凯达石英股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32