一種低羥基高純石英砂的制備方法與流程

本發明屬于高純石英砂生產，具體涉及一種低羥基高純石英砂的制備方法。

背景技術：

1、高純石英砂是指二氧化硅含量在99.9％以上的石英砂，因其具有的獨特的物理、化學特性，使得其在航空、航天、電子、機械以及當今飛速發展的i?t產業中占有舉足輕重的地位，特別是其內在分子鏈結構、晶體形狀和晶格變化規律，使其具有的耐高溫、熱膨脹系數小、高度絕緣、耐腐蝕、壓電效應、諧振效應以及其獨特的光學特性，在許多高科技產品中發揮著越來越重要的作用。

2、然而，石英礦石含有較多的雜質，其雜質可分為結構組成性雜質和非結構性雜質。非結構性雜質是石英礦晶體之外的雜質，如表面黏附物、伴生礦物。目前，雜質清除技術如水淬、浮選、酸洗、磁選、氯化、電選、超聲波處理、摻雜提純等系列手段基本能滿足石英玻璃要求。結構性雜質是指在石英礦晶體生長時形成的雜質，也稱為微觀缺陷，如氣液包裹體、晶格雜質離子，現有工藝技術難以根本消除此類缺陷。石英礦中存在2種形式的水，除了氣液包裹體中的水分子形式外，另一種是以(oh)-形式參與晶格的結構水。而石英晶體結構中的此類水是形成石英玻璃氣泡、雜質缺陷的主要因素，石英玻璃脫羥后的殘余羥基含量隨原料中的水分子和結構水含量升高而增加，因此，氣液包裹體中羥基水(oh)-的去除是實現高純石英砂制備的關鍵與難點，目前主要采用差異腐蝕法和熱爆裂法來去除氣液包裹體中的水分子，但去除效果并不十分理想。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種低羥基高純石英砂的制備方法，以解決高純石英砂中羥基含量較高的問題。

2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

3、一種低羥基高純石英砂的制備方法，包括以下步驟：

4、s1.破碎研磨：將石英砂原料破碎濕磨成200-300目的石英砂；

5、s2.磁選：對石英砂進行磁選，以除去磁性雜質；

6、s3.酸洗：向s2得到的石英砂中加入混酸溶液，于70-90℃條件下，攪拌3-5h，過濾收集酸洗石英砂；

7、s4.低溫凍融—微波輔助熱震：將s3得到的酸洗石英砂浸入液氮中低溫處理3-5min后取出，置于含有微波功能的高溫爐中，升溫至900-1200℃，再恒溫煅燒0.5-1.5h；重復上述操作2次；

8、s5.表面酯化：將s4得到的石英砂加入到含有丙酸酐的dmso中，加入酸液調節ph至4-6，在70-90℃、真空條件下，攪拌反應12-14h后，分離收集酯化石英砂；

9、s6.高溫煅燒：將酯化石英砂置于真空煅燒爐中，升溫至1400-1450℃，于惰性氣氛條件下，恒溫煅燒2-4h后，自然冷卻至室溫(25-30℃)，得到低羥基高純石英砂。

10、進一步地，所述s2中磁選的磁場強度為100-10000gs。

11、進一步地，所述s3中混酸溶液為1m的草酸和1m的鹽酸按照1：1的體積比混合而成的溶液。

12、進一步地，所述s4中升溫速率為20-40℃/s。

13、進一步地，所述s4中微波輸出功率為2500w,頻率為2.45ghz±25hz。

14、進一步地，所述s5中石英砂、丙酸酐和dmso的用量比為100g：12-20g:1l。

15、進一步地，所述s5中酸液包括鹽酸或硫酸。

16、進一步地，所述s5中攪拌轉速為200-400rpm。

17、進一步地，所述s6中升溫速率為20-40℃/s。

18、進一步地，所述s6中惰性氣氛包括氮氣或氬氣。

19、與現有技術相比，本發明的有益效果：

20、1.本發明提供了一種低羥基高純石英砂的制備方法，制備得到的石英砂中二氧化硅含量≥99.99％，羥基含量≤5ppm，總雜含量≤15ppm。

21、2.本發明中采用低溫凍融—微波輔助熱震，對磁選后的石英砂進行急冷急熱處理，使得石英內部產生巨大的溫度差異，通過凍融使得石英產生凍融裂縫，通過高頻電磁波輔助加熱后，石英砂中氣液包裹體和石英基體的界面產生極大的壓強，使得氣液包裹體炸裂從而進一步在界面產生大量裂紋；再次進行低溫凍融和電磁波輔助加熱，氣液包裹體周圍均產生裂紋，并提高裂紋的寬度與深度，氣液包裹體從微裂紋中有效逸出，使得氣液包裹體中的水分子和羥基水(oh)-與s?io2反應形成的羥基負載到石英表面，提高了石英表面羥基的含量，此時石英表面電負性增大，石英的親固能力強；也即是說，第一次低溫凍融—微波輔助熱震使得石英砂內部較大的氣液包裹體，第二次低溫凍融—微波輔助熱震拓寬拓深石英砂內部裂紋，使得較小的氣液包裹體開裂逸出，從而將羥基水以羥基的形式負載；再利用表面酯化，使得石英砂表面的羥基與丙酸酐中的羰基發生酯化反應，生成酯和水，從而將石英砂分離出來，得到酯化石英砂；最后采用微波一步煅燒，將石英表面的酯基高溫熱解除去，從而得到低羥基、高純度的石英砂產品。

22、3.本發明采用無氟無硝進行酸浸，有效避免了hf中氟離子和硝酸中硝酸根離子對環境帶來的危害。

技術特征：

1.一種低羥基高純石英砂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種低羥基高純石英砂的制備方法，其特征在于，所述s2中磁選的磁場強度為100-10000gs。

3.根據權利要求1所述的一種低羥基高純石英砂的制備方法，其特征在于，所述s3中混酸溶液為1m的草酸和1m的鹽酸按照1：1的體積比混合而成的溶液。

4.根據權利要求1所述的一種低羥基高純石英砂的制備方法，其特征在于，所述s4和s6中的升溫速率為20-40℃/s。

5.根據權利要求1所述的一種低羥基高純石英砂的制備方法，其特征在于，所述s4中微波輸出功率為2500w,頻率為2.45ghz±25hz。

6.根據權利要求1所述的一種低羥基高純石英砂的制備方法，其特征在于，所述s5中石英砂、丙酸酐和dmso的用量比為100g：12-20g:1l。

7.根據權利要求1所述的一種低羥基高純石英砂的制備方法，其特征在于，所述s5中酸液包括鹽酸或硫酸。

8.根據權利要求1所述的一種低羥基高純石英砂的制備方法，其特征在于，所述s5中攪拌轉速為200-400rpm。

技術總結
本發明公開了一種低羥基高純石英砂的制備方法，屬于高純石英砂技術領域。所述方法包括將石英砂原料依次進行破碎研磨、磁選、酸洗、2次連續低溫凍融—微波輔助熱震、表面酯化和高溫煅燒最終得到低羥基高純石英砂。本發明中采用2次連續低溫凍融—微波輔助熱震對石英砂進行處理，能夠有效促進氣液包裹體的深度炸裂，擴大裂紋的深度和寬度，使得氣液包裹體中的水分子和羥基水(OH)<supgt;?</supgt;與SiO<subgt;2</subgt;反應形成的羥基負載到石英表面，提高了石英表面羥基的含量，提高石英砂中羥基的脫除率，最終制備得到的石英砂純度≥99.99％，羥基含量≤5ppm，總雜含量≤15ppm。

技術研發人員：彭善志,潘力,何海權,常志達,武家友,朱源濱,杜建勇
受保護的技術使用者：凱盛石英材料（太湖）有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/14