專利名稱：一種從工業(yè)純石英砂中深度除鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從石英砂中深度脫除雜質(zhì)鋁的方法，特別是指一種用簡單易 行，對環(huán)境比較友好且可能在工業(yè)界大規(guī)模推行的辦法從工業(yè)純石英砂中進一步 脫除雜質(zhì)鋁，使之達到世界公認的優(yōu)質(zhì)石英砂標準的方法。
背景技術(shù)：
雜質(zhì)含量在ppm級的高純石英砂是一種重要的工業(yè)原料。它廣泛應用于計算 機、光導光纖、半導體材料、航空航天、原子能技術(shù)等高科技領(lǐng)域。但由于這些 高科技領(lǐng)域?qū)κ⒃系囊蠛芨?，而我國天然高純度石英資源又很缺乏，因此 目前每年不得不進口 5000—8000噸以滿足急需，而且逐年增加。因此，尋求一 種高效環(huán)保的石英砂深度提純技術(shù)，不但具有科學上的意義，更重要的是可以滿 足我國的高科技用材需求，因此具有重要的戰(zhàn)略意義。
工業(yè)純的石英砂含有很多種雜質(zhì)，其中以雜質(zhì)鐵和鋁最難除去，因而含量較 高。這兩種雜質(zhì)中，又尤以雜質(zhì)鋁最難除去，因此也含量最高。在絕大多數(shù)情況 下，雜質(zhì)鋁含量為雜質(zhì)鐵含量的數(shù)倍到100多倍。通常認為，這是由于二氧化硅 的特殊結(jié)構(gòu)所致鋁在石英晶格中以交互嵌鑲的形式存在，因而大大增加了兩者 分離的難度。有鑒于此，目前對于工業(yè)石英砂進一步深度除鋁大多用強酸強堿加 高溫的極端辦法，以有效破壞石英的晶格結(jié)構(gòu)從而除去其中的雜質(zhì)。這些辦法通 常又可分為兩類(由于強堿法不能除去石英砂中的鐵、銅等或其化合物，該操作 前、后都需經(jīng)過酸洗步驟，強堿法浸蝕只是一系列操作中的一個步驟，故歸入酸 法) 一類是無(氫)氟(酸)酸浸法，所用的酸通常包括鹽酸，硝酸，硫酸等 強酸，其濃度約為20%—100%不等，也可能與其它單元操作如焙燒，水淬，以及 4CTC一12(TC的高溫等條件配合使用。這類方法的主要優(yōu)點是對石英砂的主要成 分二氧化硅無損害，但一般除鋁的效果欠佳。而且浸余液酸度高，對環(huán)境危害大， 且操作用時長；另一類是有(氫)氟(酸)酸浸法，其最顯著的特點是在第一類 的酸中加入了一定比例的氫氟酸。由于氫氟酸能與石英砂的主要成份二氧化硅反 應，造成石英砂的損失。因此該類方法的主要缺點是除雜過程對目的礦物二氧化 硅有損害，但由于氫氟酸能徹底破壞阻礙雜質(zhì)鋁除去的二氧化硅晶格結(jié)構(gòu)，因此 通常除雜率較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有兩類方法的不足，提供一種既不造成主要目的礦 物石英砂的損失，又能以較快的時間有效去除石英砂中的雜質(zhì)鋁，使其達到世界 公認的優(yōu)質(zhì)石英砂含鋁水平，同時又對環(huán)境的危害大大減小的方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案有兩個
按重量百分比計算，用15%_20%的單一鹽酸代替鹽酸和硫酸組成的混合酸，
鹽酸石英砂的重量比為l: 1，在溫度為80。C—90。C時用機械攪拌對工業(yè)純的
石英砂浸出至少5小時，石英砂中鋁的去除率可達45%，即達到20.4ppm。這個 結(jié)果與世界公認的高純石英砂供應商一美國Unirnin公司22. 7ppm (北京大學測 定值)的含鋁量相當。但比通常20%—100%的用酸量大大減少，其中15%的鹽酸 和8(TC溫度下的除雜效果最好。
按重量百分比計算，用0. 4%—0. 6%的草酸與1. 0%—4. 5%的鹽酸成的混合酸 對石英砂中的鋁進行浸除，草酸與鹽酸混合重量比為0.5: 99.5，混合酸石英 砂的重量比為1: 1，超聲波攪拌至少1小時，石英砂中鋁的去除率最大可達53%， 即17.4ppm。這個結(jié)果比國內(nèi)外已知的同類方法效果要好，也比美國Unimin公 司22. 7卯m(北京大學測定值)的含鋁量低5ppm。而且酸的濃度進一步大幅減少。
其中以如下方案最好0. 5%的草酸和1. 0%的鹽酸按0. 5: 99. 5的重量比混 合，施加超聲波頻率25—40kHz，功率360W，施加方式為反應釜外施加。
草酸的作用主要是加快了除雜的初始速度，而超聲波的作用主要是從分子 水平上強化了浸出過程的質(zhì)量傳遞和動量傳遞，使石英砂顆粒與溶液間反應層的 表面更新加快，并使石英砂中的雜質(zhì)鋁原子在交變的動力下處于不穩(wěn)狀態(tài)并阻止 新的締合或結(jié)合，從而有利于從石英砂中剝離出來。其結(jié)果就是達到最高的浸出 率所用的操作時間用超聲波攪拌比用傳統(tǒng)的機械攪拌少耗時4小時，即前者僅為 后者的20%。
本發(fā)明的有益效果是
(1) 在使用單一酸時，比同類的方法能節(jié)省大量強酸，且效果與同類方 法的效果相比稍優(yōu)或更好。
(2) 用0. 5%左右的草酸和1. 0%左右鹽酸的混合酸時，不但能大大節(jié)約 工業(yè)強酸的用量(通常約為15%—100%)，而且完全省去了工業(yè)強酸硫酸的使用。 代之以濃度很小的弱酸一草酸和低濃度的鹽酸(1.0%)，從而有利于環(huán)境保護。
(3) 在上述(2)的混合酸下，并有超聲波作用時，我們的除鋁效果通 常比同類的方法更快更好；或者在大致相同的除鋁效果時，我們的方法更簡捷。
(4) 有很多實驗證明，在草酸存在的條件下，也可以除去石英砂中的鐵、 銅等其它金屬雜質(zhì)。因此最少理論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，有利于環(huán)境保護。
具體實施例方式
實驗所用的樣品為江蘇連云港金達石英寶石制品有限公司提供，其中Si02 含量高達99. 87%,雜質(zhì)鋁含量為37. lppm。故為深度除鋁。 實施例l:(優(yōu)選)
在帶機械攪拌的反應釜中，溫度為8(TC、鹽酸溶液石英砂的重量比為l: 1，在15%的單一鹽酸溶液中，反應5小時后浸除率達到最大值45%。亦即，浸除 后的石英砂含鋁(21. 4ppm)，稍優(yōu)于美國Unimin公司22. 7ppm的水平。
實施例3:(優(yōu)選)
在反應釜底(外)部用超聲波攪拌，超聲波頻率40kHz,功率360W，溫度為 80°C、將1. 0%的鹽酸和0. 5%草酸混合酸溶液按99. 5/0. 5重量比進行混合，加入 等重量的石英砂于混合酸溶液，反應1小時后浸除率達到53%。浸除后的石英砂 含鋁(17.4ppm),超過美國Unimin公司22.7ppm的水平。且浸除用酸量大大降 低，用時僅為實施例1中機械攪拌的20%。
權(quán)利要求
1、一種從工業(yè)純石英砂中深度除鋁的方法，其特征在于按重量百分比計算，用15％-20％的單一鹽酸代替鹽酸和硫酸組成的混合酸，鹽酸∶石英砂的重量比為1∶1，在溫度為80℃-90℃時用機械攪拌對工業(yè)純的石英砂浸出至少5小時。
2、 權(quán)利要求所述的一種從工業(yè)純石英砂中深度除鋁的方法，其特征在于用15%的單一鹽酸代替鹽酸和硫酸組成的混合酸，在溫度為80'C時用機械攪拌對工業(yè) 純的石英砂浸出。
3、 一種從工業(yè)純石英砂中深度除鋁的方法，其特征在于按重量百分比計算，用0.4%_0.6%的草酸與1.0%—4.5%的鹽酸成的混合酸對石英砂中的鋁進行浸除，草酸與鹽酸混合重量比為0.5: 99.5，混合酸石英砂的重量比為l: 1，超聲波 攪拌至少1小時。
4、 權(quán)利要求2所述的一種從工業(yè)純石英砂中深度除鋁的方法，其特征在于0. 5% 的草酸和1. 0%的鹽酸按0. 5: 99. 5的重量比混合，施加超聲波頻率25—40kHz， 功率360W，施加方式為反應釜外施加。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從石英砂中深度脫除雜質(zhì)鋁的方法，用15％-20％的單一鹽酸代替鹽酸和硫酸組成的混合酸，鹽酸∶石英砂的重量比為1∶1，在溫度為80℃-90℃時用機械攪拌對工業(yè)純的石英砂浸出至少5小時或者用0.4％-0.6％的草酸與1.0％-4.5％的鹽酸成的混合酸對石英砂中的鋁進行浸除，草酸與鹽酸混合重量比為0.5∶99.5，混合酸∶石英砂的重量比為1∶1，超聲波攪拌至少1小時，利用上述方法，可以把工業(yè)純石英砂中的雜質(zhì)鋁除到20PPm以下，超過世界公認的美國Unimin公司優(yōu)質(zhì)石英砂的標準，且以極少量的弱酸(草酸)代替了常用的工業(yè)強酸(硫酸)，故對環(huán)境的危害大大降低，有利于環(huán)境保護。
文檔編號C01B33/12GK101177272SQ20071013455
公開日2008年5月14日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者李敬生, 琴 沈 申請人:江蘇大學