微波結(jié)合酸浸去除石英砂中氣液包裹體的工藝方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及石英砂純化技術領域，更具體地，涉及一種微波結(jié)合酸浸去除石英砂 中氣液包裹體的工藝方法。
【背景技術】
[0002] 石英砂是重要的工業(yè)礦物原料，在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代科技中都得到了廣泛的 應用，經(jīng)過加工的石英粉料，是機械鑄造工業(yè)和化學工業(yè)中制造各種材料的原料，純度高、 透明度好的石英還可代替水晶制造石英玻璃和人造晶體。高質(zhì)量石英玻璃的傳統(tǒng)原料是一 級、二級天然熔煉水晶，但是水晶資源已接近枯竭，不能滿足現(xiàn)代高科技工業(yè)發(fā)展的需求， 促使人們探索替代水晶的石英玻璃原料礦種。我國從20世紀80年代末開始研究石英玻璃 的普通石英原料，已取得一定程度的進展 [3]。能替代二、三、四級水晶，但只適用于中、低檔 石英玻璃，高純、低羥基石英玻璃原料的技術難關仍沒有攻克。石英礦由于成礦時的種種原 因，造成結(jié)晶構(gòu)造的缺陷和空穴，這些地方被其他成礦溶液所填充，隨著晶體生長逐漸被密 封形成包裹體。而石英礦中賦存最多的就是氣液包裹體，氣液包裹體以及氣液包裹體中羥 基水的存在直接影響石英原料純度，從而影響石英玻璃的性能。
[0003] 針對石英原料中影響石英砂品質(zhì)的氣液包裹體的存在，目前主要用差異腐蝕法和 熱爆裂法來去除氣液包裹體中的水分子，并取得了一定的成果。Kravet等研究用熱或冷爆 裂法除去二氧化硅微粉中的氣液包裹體雜質(zhì)，其產(chǎn)生的應力對打開石英粒子形狀較大的內(nèi) 部包裹體有良好效果，但是難以破壞微小氣液包裹體狀態(tài)。楊軍等采用差異腐蝕法，能有效 地去除石英礦物中的氣液包裹體，然而，反應到一定程度時，無論怎樣增加酸堿差異強度， 氣液包裹體含量不再明顯降低，氣液包裹體數(shù)量也不再明顯減少，氣液包裹體不易被徹底 去除。留存在石英砂原料中的氣液包裹體的直徑已經(jīng)很小，一般介于2~20微米之間，有 的甚至達到零點幾微米。它們包覆在石英砂的表層深處，外加化學物質(zhì)或試劑不能透過表 層進入而與包裹體中的雜質(zhì)和水分反應來達到去除包裹體的目的，此時化學除雜手段顯然 是行不通的。
[0004] 因此，現(xiàn)有技術有采用物理方法使氣液包裹體與外界之間打開一條"通道"，然后 用施加外加載荷或者化學方法進行除雜的相關研究。微波是指波長從1_到lm左右的電 磁波，其頻率在300~300000MHz之間，是一種交變電磁波。微波具有獨特的選擇性加熱、 整體性加熱，加熱效率高、加熱速度快、加熱均勻、節(jié)能高效、無污染、安全無害以及可將高 介電常數(shù)物質(zhì)在幾分鐘內(nèi)加熱幾千度等特點。理論上可以對石英砂進行微波加熱，促使氣 液包裹體爆裂，然后施加外加載荷或者用化學方法進行除雜。
[0005] 專利申請?zhí)枮?01110040475.X的中國專利申請?zhí)峁┝艘环N高純石英砂生產(chǎn)中氣 液包裹體及雜質(zhì)去除方法，將石英砂置于微波場中，微波頻率范圍為300MHz~300GHz，使 得氣液包裹體與雜質(zhì)被選擇性加熱迅速升溫到l〇〇〇°C以上（越高越好），保溫2~30分鐘， 然后迅速冷卻，然后將石英砂施加外加載荷，破壞氣液包裹體或使雜質(zhì)剝離；《微波和酸蝕 作用下石英砂中氣液包裹體的去除及機理研究》（侯清麟等）提出微波功率為800W處理時 間30min后再用HF浸泡5h;《微波-酸蝕去除石英砂氣液包裹體的工藝研究》（侯清麟等， 2015)提出石英砂經(jīng)微波功率為1500W作用30min處理，再經(jīng)濃度為0. 3mol/L的氫氟酸溶 液在80°C的恒溫水浴中酸浸5h，等等，但效果各異?，F(xiàn)有研究表明，采用物理方法使氣液包 裹體與外界之間打開一條"通道"，然后用化學方法進行除雜的方法是可行的。
[0006] 但是，不同微波功率產(chǎn)生的技術效果不同，而且在石英砂氣液包裹體的去除過程 中，除了微波功率的影響，其他關鍵因素例如單酸種類、酸的濃度、酸浸時間對石英砂氣液 包裹體去除效果的影響規(guī)律并不清晰，所以本領域現(xiàn)有的相關研究成果，提供的技術方案 和技術效果各不相同。處理工藝條件的每一細微差別都會導致巨大的效果差異，而石英砂 純化效果方面的一點點微小的差異直接帶來石英砂質(zhì)量和價格方面迥異的差異性，所以有 必要探尋更多的、效果更好的精確處理工藝，為石英砂的純化提供技術保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的一個技術問題是針對現(xiàn)有石英砂純化技術不足，尤其是針對微波 結(jié)合酸浸工藝去除石英砂中氣液包裹體技術方案的不足，提供一種高效去除石英砂中氣液 包裹體的工藝方法。
[0008] 本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術方案予以實現(xiàn)：
[0009] 本發(fā)明提供一種微波結(jié)合酸浸去除石英砂中氣液包裹體的工藝方法，是將高純石 英砂經(jīng)微波功率為1800~2400w微波輻射處理后，再用質(zhì)量分數(shù)為5%~15%的單酸酸浸 6~24h;所述單酸為鹽酸、硝酸或氫氟酸。
[0010] 所述高純石英砂（石英砂料）是利用現(xiàn)有傳統(tǒng)工藝將石英砂經(jīng)粗破、分選、煅燒、 篩分得到。所述石英礦為富含水的氣液包裹體石英礦，即所述氣液包裹體中液體成分主要 為水的石英礦。石英礦的產(chǎn)地不影響本發(fā)明研究結(jié)論。
[0011] 在長期研究基礎上結(jié)合創(chuàng)造性分析，本申請人總結(jié)得到，高純石英砂氣液包裹體 去除效果的關鍵影響因素包括微波功率、單酸種類、酸的濃度和酸浸時間，而其中最為關鍵 的影響因素為微波功率，其次為酸的濃度，再次為酸浸時間，然后是單酸種類，并將總結(jié)結(jié) 論經(jīng)正交實驗驗證。本發(fā)明進一步總結(jié)得到，只有在將高純石英砂經(jīng)1800~2400W微波輻 射處理后，其采用物理方法使氣液包裹體與外界之間打開一條"通道"的效果最佳。并將總 結(jié)結(jié)論經(jīng)正交實驗驗證，還進一步精確總結(jié)得到微波處理的最佳功率為2400w。在2400w微 波輻射處理后，采用鹽酸、硝酸或氫氟酸中任何一種單酸進行酸浸處理，獲得的效果穩(wěn)定且 較佳。
[0012] 優(yōu)選地，所述微波輻射處理的時間為3h。
[0013] 在精確地微波處理條件基礎上，本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，所述單酸優(yōu)選鹽酸。
[0014] 本發(fā)明可選的方案之一為將高純石英砂經(jīng)1800w微波輻射處理，再用質(zhì)量分數(shù)為 5 %的鹽酸酸浸6h。
[0015] 本發(fā)明可選的方案之二為將高純石英砂經(jīng)2100w微波輻射處理，再用質(zhì)量分數(shù)為 1〇%的鹽酸酸浸2411。
[0016] 本發(fā)明可選的方案之三為將高純石英砂經(jīng)2400w微波輻射處理，再用質(zhì)量分數(shù)為 5%的硝酸酸浸24h。
[0017] 本發(fā)明可選的方案之四為將高純石英砂經(jīng)2100w微波輻射處理，再用質(zhì)量分數(shù)為 15 %的硝酸酸浸6h。
[0018] 本發(fā)明可選的方案之五為將高純石英砂經(jīng)2400w微波輻射處理，再用質(zhì)量分數(shù)為 10%的氫氟酸酸浸6h。
[0019] 本發(fā)明可選的方案之六為將高純石英砂經(jīng)2100w微波輻射處理，再用質(zhì)量分數(shù)為 5%的氫氟酸酸浸1211;
[0020] 本發(fā)明可選的方案之七為將高純石英砂經(jīng)1800w微波輻射處理，再用質(zhì)量分數(shù)為 15%的氫氟酸酸浸24h。
[0021] 本發(fā)明最優(yōu)選的方案為將高純石英砂經(jīng)2400w微波輻射處理，再用質(zhì)量分數(shù)為 15%的鹽酸酸浸12h。
[0022] 本發(fā)明同時提供基于所述工藝方法制備得到氣液包裹體去除效果好的高純度石 英砂。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：
[0024]在本領域現(xiàn)有研究成果營造的撲朔迷離的迷霧中，本發(fā)明提出了清晰的微波結(jié)合 酸浸處理高純石英砂氣液包裹體的科學規(guī)律，提供一種高效、效果穩(wěn)定的微波結(jié)合酸浸去 除石英砂中氣液包裹體的工藝方法。
[0025] 首先，在長期研究基礎上結(jié)合創(chuàng)造性分析，本申請人總結(jié)得到，高純石英砂氣液包 裹體去除效果的關鍵影響因素包括微波功率、單酸種類、酸的濃度和酸浸時間，而其中最關 鍵的影響因素為微波功率，其次為酸的濃度，再次為酸浸時間，然后是單酸種類，并將總結(jié) 結(jié)論經(jīng)正交實驗驗證，還進一步精確總結(jié)得到微波處理的最佳功率為2400w。
[0026]在此基礎上，本發(fā)明進一步研究了單酸種類、酸的濃度和酸浸時間的影響規(guī)律，做 了科學細致的研究和確定，結(jié)合正交實驗進行驗證，優(yōu)化實驗步驟和操作工藝，最終獲得最 佳處理工藝，獲得了氣液包裹體的去除效果好的高純度石英砂，經(jīng)大量實驗證明，經(jīng)本發(fā)明 工藝處理的石英砂料的光透過率均穩(wěn)定在90. 0%以上，高達99. 2%，Si02的純度達到了 99. 988%。本發(fā)明工藝操作簡單，工藝穩(wěn)定可靠，適合工業(yè)化大生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0027] 圖1處理前后石英砂樣品紅外光譜圖。
[0028] 圖2石英砂料原料試樣偏光顯微圖。
[0029] 圖3本發(fā)明表3中7號試樣偏光顯微圖。
[0030] 圖4本發(fā)明表3中8號試樣偏光顯微圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步詳細說明本發(fā)明。為方便說明，本發(fā)明下述實 施例采用的試劑、儀器和設備等例舉如下，但并不因此限定本發(fā)明，其他試劑、儀器、設備和 方法除非特別說明，均參照本領域常規(guī)使用的試劑、儀器、設備和方法。
[0032] 實驗試劑：石英砂料（南京生產(chǎn)）；主要試劑：不同質(zhì)量分數(shù)的HC1、HN03、HF常規(guī) 市購。
[0033] 實驗儀器及設備：RWS微波多功能實驗爐（湖南省中晟熱能有限公司），傅里葉紅 外光譜儀，Leica偏光顯微鏡觀，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，721分光光度計，pH計，烘 箱，電子天平。
[0034] 樣品表征：采用傅里葉紅外光譜儀對石英砂樣氣液包裹體中水分子的含量進行觀 測；用Leica偏光顯微鏡觀察經(jīng)微波酸浸處理后