高纯石英原料选择评价及提纯工艺研究

发布时间：2017-08-06 15:30

  本文关键词：高纯石英原料选择评价及提纯工艺研究

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【摘要】：高纯石英砂是光纤通讯、太阳能光伏、航空航天、电子及半导体等现代高新技术产业的重要原料,由于近年来需求不断增长,可用于生产高纯石英砂的天然水晶资源已濒临枯竭,必须寻找替代原料。本论文从高纯石英应用角度出发,通过研究不同地质成因类型石英原料的矿物学特征,结合对比提纯试验对脉石英、石英岩和石英砂岩进行综合评价,针对石英岩型高纯石英原料开展了“地质成因→科学开发→深度利用”的系统工作,并对高晶格杂质含量的脉石英进行了氯化焙烧提纯试验。这对于高纯石英原料的选择评价及矿物加工具有重要的理论指导意义和显著的社会经济价值。“高纯石英原料”是能被现有成熟的矿物加工技术将其Si O2纯度提纯至99.9%及以上的天然石英矿物资源,提纯后的高纯石英砂满足现代高新产业使用效能的严格要求。对不同地质成因类型石英原料矿物学特征研究表明,脉石英、石英岩和石英砂岩的矿物学特征差异明显,青海脉石英的化学纯度极高,仅含微量脉石矿物,晶粒尺寸粗大且晶格杂质含量较低,虽含有较多的气液包裹体,但相对青海石英岩和江油石英砂岩来讲,青海脉石英的品质最好。Al、Fe、K等是石英原料中常见的杂质元素,在青海脉石英中主要来自包裹体和晶格杂质,而青海石英岩和江油石英砂岩中的陆源碎屑和表层风化物则构成了杂质元素的主要来源。对比提纯试验发现青海脉石英经提纯后可达到IOTA-Std要求,青海石英岩的细粒级精砂的w(Si O2)可达99.9%,而江油石英砂岩提纯后的石英砂中Ti等杂质元素的残余量较高。结合试验结果对不同类型石英原料进行综合评价发现,青海脉石英和Spruce Pine地区的花岗伟晶岩均属高纯石英原料,青海石英岩和江油石英砂岩处于高纯石英原料的边界。在此基础上认为,当石英原料的化学成分、嵌布粒度特征、脉石矿物、包裹体和晶格杂质5个评价因子中有3个及以上的指标达到a级时,可以判别为高纯石英原料。对沉积变质石英岩型高纯石英原料进行前瞻研究发现,青海花脖湾石英岩矿的工业价值受磨石沟组沉积分选作用的约束,在北西(前滨)-南东(临滨)方向上表现出随石英嵌布粒度逐渐减小,白云母含量增多,石英岩纯净程度降低的规律。区域北西侧的特级矿石经试验获得p H=2.5和十二胺用量为140 g/t的优化浮选条件,酸液体积比为30%,温度为55℃和时间为2h的优化酸浸条件。在超声辅助作用下,0.110~0.074mm粒级的石英精砂9种杂质元素总含量最低可达66.65×10-6,采用该条件提纯青海脉石英,获得杂质元素总含量小于10×10-6的高纯石英砂。热力学计算结果表明NH4Cl可作为氯化剂,经试验获得温度为600℃,时间为180min的优化氯化焙烧条件,得到的石英砂主要杂质元素含量为31.07×10-6。NH4Cl焙烧提纯石英晶格杂质的过程中可能分为熔融、反应和逸出三个阶段,NH4Cl熔融电离出的NH4+捕获夺取活性氧后,金属离子与游离的Cl-或HCl结合生成氯化物逸出,氯化焙烧过程中形成化学位梯度和浓度梯度,实现对石英砂表面或近表面的杂质元素的去除。
【关键词】：高纯石英 选择评价 沉积环境 选矿提纯 氯化焙烧
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 立题背景11
• 1.2 国内外研究利用现状11-20
• 1.2.1 高纯石英砂市场现状11-13
• 1.2.2 石英原料研究13-15
• 1.2.3 石英提纯工艺研究15-18
• 1.2.4 关于“高纯石英原料”18-20
• 1.3 选题依据及意义20-21
• 1.4 研究内容与研究目标21-22
• 1.4.1 研究内容21-22
• 1.4.2 研究目标22
• 1.5 主要研究成果22-23
• 1.6 特色与创新点23
• 1.7 主要工作量23-24
• 2 高纯石英原料的矿物学特征24-43
• 2.1 样品采集与表征方法24-25
• 2.1.1 样品采集24
• 2.1.2 表征方法24-25
• 2.2 矿物学特征的对比研究25-41
• 2.2.1 化学成分25-28
• 2.2.2 矿物组成28-32
• 2.2.3 嵌布粒度特征32-33
• 2.2.4 包裹体特征33-36
• 2.2.5 晶体结构36-40
• 2.2.6 热效应特征40-41
• 2.3 本章小结41-43
• 3 高纯石英原料的杂质赋存状态与评价体系43-68
• 3.1 杂质元素赋存状态43-56
• 3.1.1 独立矿物43-47
• 3.1.2 类质同象47-56
• 3.2 不同类型石英原料的对比提纯试验56-62
• 3.2.1 对比提纯试验56-59
• 3.2.2 化学成分在提纯试验中的变化59-62
• 3.3 高纯石英原料的综合评价62-66
• 3.3.1 评价目的62-63
• 3.3.2 评价因子与评价指标63-65
• 3.3.3 雷达图投影分析65-66
• 3.4 本章小结66-68
• 4 沉积环境对石英岩型高纯石英原料工业价值的约束68-76
• 4.1 地质背景、样品采集与分析方法68-69
• 4.2 石英岩在区域内的变化特征69-73
• 4.2.1 陆源碎屑分布变化特征69-70
• 4.2.2 石英粒度变化特征70-72
• 4.2.3 化学成分与石英粒度的关系72-73
• 4.3 磨石沟组的沉积环境分析73-74
• 4.4 沉积环境对石英岩工业价值的约束74-75
• 4.5 本章小结75-76
• 5 传统提纯工艺的优化试验76-87
• 5.1 优化试验预处理准备76-78
• 5.2 浮选条件的优化试验78-81
• 5.2.1 试验78-79
• 5.2.2 pH值对浮选提纯效果的影响79
• 5.2.3 捕收剂用量对浮选提纯效果的影响79-81
• 5.3 酸浸条件的优化试验81-85
• 5.3.1 试验81-82
• 5.3.2 混合酸用量对酸浸提纯的影响82-83
• 5.3.3 温度对酸浸提纯效果的影响83
• 5.3.4 时间对酸浸提纯效果的影响83-84
• 5.3.5 超声辅助下优化条件的流程试验84-85
• 5.4 本章小结85-87
• 6 氯化焙烧提纯试验87-97
• 6.1 不同氯化剂焙烧过程的热力学计算87-91
• 6.1.1 NH_4Cl为氯化剂的热力学计算88-89
• 6.1.2 CCl_4为氯化剂的热力学计算89-90
• 6.1.3 SiCl_4为氯化剂的热力学计算90-91
• 6.2 氯化焙烧试验91-94
• 6.2.1 试验91-92
• 6.2.2 温度对氯化焙烧提纯效果的影响92-93
• 6.2.3 时间对氯化焙烧提纯效果的影响93-94
• 6.3 氯化焙烧机理讨论94-95
• 6.4 本章小结95-97
• 结论97-99
• 致谢99-100
• 参考文献100-106
• 攻读学位期间发表的学术论文及研究成果106

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本文编号：630450