几种伟晶岩石英的矿石学特征及杂质去除工艺研究

发布时间：2020-06-16 16:04

【摘要】：随着5G时代的来临,光纤光缆的发展必将迎来新一波发展,石英坩埚作为拉晶生产的重要辅材之一,也将迎来新一轮的需求。而国内石英坩埚用高纯石英砂严重依赖进口,其国产化之路任重而道远。本论文从以下几个方面对石英坩埚用高纯石英砂的原料选择、纯化制备及机理进行研究。1.对尤尼明原料(UQ)、江西吉安地区石英矿(JQ)及新疆阿尔泰地区石英矿(XQ)的矿石学特征进行对比分析,发现UQ组成成分最为复杂,但石英晶体类质同象杂质及气液包裹体含量最少;XQ同UQ的矿石学特征较为接近,而JQ组分最为单一,但石英晶体类质同象杂质及气液包裹体含量最多。以石英晶体类质同象杂质及气液包裹体含量为选取高纯石英砂生产原料的指标,就国内两种石英矿,XQ更适宜作为后续纯化除杂的研究对象。2.以XQ为研究对象,采用HF预处理-含氟滤液分段循环-浮选联合工艺去除脉石矿物杂质。联合工艺的主要优点为:一方面解决了传统工艺中氢氟酸腐蚀浮选设备而引入杂质的问题,另一方面缓解了含氟废液难处理的压力。通过对十二胺(DDA)浮选体系下HF预处理对石英、长石可浮性影响的研究发现:HF预处理可以使长石表面形成更多的羟基化表面,在pH约等于2时,通过静电吸附更多DDA,使长石表面更加疏水,实现石英、长石的有效分离。采用联合工艺进行实际矿石选矿以获得石英精矿,精矿杂质含量为K_2O 2.85 mg·g~(-1)、Na_2O 1.08 mg·g~(-1)、Al_2O_3 9.12 mg·g~(-1)、Fe_2O_3 0.06mg·g~(-1)、CaO 0.42 mg·g~(-1)、MgO 0.03 mg·g~(-1)。3.对浸出热力学进行研究,发现HF的混酸体系中金属氧化物及硅酸盐矿物能自发分解,且石英的分解较为困难,表明浸出工艺能够有效去除微量金属杂质。采用单一变量因素试验,确定浸出最适宜工艺参数为:盐酸用量15%(质量分数)、硝酸用量5%、氢氟酸用量10%、液固比3:1、反应温度55℃、浸出时间7.0 h,浸出产品的K、Na、Al、Fe、Ca、Mg元素的含量分别为201.77μg·g~(-1)、92.21μg·g~(-1)、171.23μg·g~(-1)、7.57μg·g~(-1)、31.03μg·g~(-1)、2.21μg·g~(-1),其去除率分别分别达到91.45%、88.49%、96.45%、82.97%、89.71%、86.81%。并对这些元素分别讨论其浸出动力学,得出以下结论:Na元素的浸出受化学反应控制,K、Al、Ca、Mg元素浸出符合Avrami模型,而Fe的浸出过程较为复杂,不完全受单一模型控制,受多种影响因素共同作用。最后采用真空高温焙烧的方法,探索焙烧温度及时间对浸出产品羟基去除率的影响,最佳工艺参数为:焙烧温度1500℃、焙烧时间4.0 h。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ04;P578.494
【图文】：

生产流程图,高纯石英砂,生产流程

国货当自强形势下，国内石英坩埚用高纯石英砂的生产却产量不足，远无法满足国内需求，高纯硅严重依赖进口产品）生产能力缺失，与国际先进水平相差甚远，甚至出纯后反出口国内的案例；（3）制备高纯石英砂生产原料的水晶石英原料制备高纯石英砂工艺体系不完善；（4）高纯这些因素严重阻碍了国内高纯石英产业的发展。背景下，本文以伟晶岩石英为原料，通过对原矿矿石学特工艺，评判其能否制备高纯石英砂，服务于石英原料评价杂质去除工艺及机理，为石英提纯工艺提供一些理论指导。研究现状矿提纯制备高纯石英砂主要分为两个步骤：一是原料选择艺主要分为五个部分：煅烧水淬、破碎筛分、选矿除杂、砂的主要生产流程如图 1-1 所示。

技术路线图,混酸,浸出,高纯石英砂

1. 绪论出温度、反应时间、液固比、混酸含量及配比对杂质去除率影响，确定混酸恒温浸出最佳工艺参数，并展开其浸出过程动力学的研究。以浸出最优样为目标，探空焙烧温度及时间对样品表面羟基含量去除的影响，确定高温脱羟的最佳工艺参UQ、JQ、XQ 原矿进行矿石学特征研究，对它们的化学成分、矿物组成、嵌布、包裹体特征对比分析，评选适宜制备石英坩埚用高纯石英砂的原料，适用于杂除工艺及其机理的研究，技术路线如图 1-2 所示。

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