一种石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法技术

本发明专利技术涉及一种石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法。一种石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法，其特征在于：它包括以下步骤：将脉石英砂与特定混合气体在1400~1700℃范围内进行高温气化反应60~180min，所述的特定混合气体为HCl和Cl2按体积比为1；1-9:1的混合气体，或为Cl2与N2按体积比为1:1~9:1的混合气体。其可在实现由α-石英转变为β-方石英的同时，进一步气化并降低石英晶格中的杂质金属元素含量，达到超低金属元素方英石化的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机材料类领域，特别涉及。
技术介绍
石英是硅质资源的主要矿物。石英包括三方晶系的低温石英(a -石英)和六方晶系的高温石英(P -方石英)，一般所称石英均指低温石英即a -石英。天然脉石英作为一种优质的硅质资源，其矿物组成几乎全部是石英，SiO2含量可达979^99%。水晶资源日益枯竭的现状已不可改变的时代用超高纯脉石英替代水晶是一种必然的发展趋势。传统的脉石英加工技术是破碎、高温焙烧、水淬、磨矿、磁选、电选、浮选、化学提纯等工序，得到的石央SiO2含量可达到99. 95%甚至99. 99%左右，但杂质金属兀素总量却大多在5(Tl00ppm，很难满足石英的一些特定用途如制备太阳能多晶硅、单晶硅用坩埚级石英材料等对石英原料的要求。目前石英晶型高温加热转换方法只能实现单一晶型转换的目的，而对所得产品纯度提高和杂质金属含量的降低无明显作用。如果可以研究一种可在实现晶型转换的同时达到降低杂质金属含量，提高石英产品纯度的方法，对于脉石英资源的高效利用以及提纯将具有重要的意义，由此制备得到的石英产品为超高纯石英，因此能满足现代高科技对石英的一些特定用途要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供。其可在实现由a-石英转变为￠-方石英的同时，进一步降低石英中的金属杂质元素含量，达到超低金属元素方英石化的目的。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为 ，其特征在于，它包括以下步骤 将脉石英砂与特定混合气体在140(Tl70(TC范围内进行高温气化反应6(Tl80min，所述的特定混合气体为HCl和Cl2按体积比为1:广9:1的混合气体，或为Cl2与N2按体积比为1:广9:1的混合气体。按上述方案，所述的脉石英砂采用连续加入方式或定时间隔方式加入。按上述方案，所述的特定混合气体是在体系中加入脉石英砂再对体系先进行抽真空后加入的。按上述方案，所述的特定混合气体以气体流的形式在升温过程中通入，所述特定混合气体的流量为20(T4000ml/min。按上述方案，所述的特定混合气体在升温至500-900°C时通入，并保温0. 5_2h，然后继续升温至目标温度，进行高温气化反应。按上述方案，所述高温气化反应时控制体系压力为> 0. IMPa0按上述方案，所述石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法还包括在高温气化反应完成后停止通入特定混合气体并通入100 300ml/min的氮气，然后将降温出炉后的产品进行洗涤、干燥后处理步骤。按上述方案，所述石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法还包括将高温气化反应后的产物再进行高温气化反应重复处理。按上述方案，所述的脉石英砂为SiO2含量彡99. 99wt%、杂质金属元素总量<30ppm，粒度为96 250Mffl的高纯石英砂。其可直接购买得到或采用以下提纯方法得到 (1)选料 选取96 250Mm的脉石英砂,所述的脉石英砂满足流体包裹体数量< 100个/mm2,杂质金属元素总量< IOOppm ； (2)焙烧-水淬或超声波处理去除包裹体； (3)化学提纯 将上述步骤(2)处理后的产物置于混合酸中进行化学氧化反应提纯，反应温度为20 100°C，反应时间为5 15小时，所述的混合酸为HF、HN03、HCl的混合溶液，所述混合溶液中HF的含量为2. 5wt% 4wt%，HNO3的含量2. 5wt% 4wt%，HCl的含量20wt% 40wt% ； (4)螯合 将上述步骤(3)处理后的产物在50° C 100° C螯合液中反应5 15小时，其中所述螯合液为草酸溶液； (5)将经上述螯合液反应的石英砂滤出，水洗至中性、烘干即得。按上述方案，所述96 250Mm的脉石英砂是将脉石英原矿经拣选、破碎、磨矿、强磁选、分级得到的，所述脉石英原矿中SiO2的含量> 98. 5wt%。按上述方案，所述的流体包裹体个数可根据如下测定方法得到①将脉石英原矿制成光学薄片将光学薄片置于透射显微镜下观察随机选取薄片下多个Imm2的区域，统计流体包裹体个数，最后取其均值。按上述方案，所述步骤(2)中的焙烧-水淬为取上述96 250Mffl的脉石英砂在300 500°C下，焙烧Ih 5h，然后置于冰水中水淬、过滤、烘干。按上述方案，所述步骤(2)中的超声处理为取上述96 250Mffl的脉石英砂调制成矿浆，以超声功率为l-2Kw的超声波处理10 30min、过滤、烘干。 按上述方案，所述矿浆浓度为20wt%-40wt%。按上述方案，所述步骤(3 )中的混合酸与步骤(2 )处理后的产物质量比为I 2:1。按上述方案，所述步骤(4)中的草酸溶液中草酸的质量百分数为2. 5wt% 4.5wt%。按上述方案，所述步骤(4)中的草酸溶液与步骤(3)处理后的产物的质量比为I 2:1。按上述方案，所述步骤(5)的水洗为先用有机溶剂洗涤，除去石英砂表面吸附的有机物，再用有机溶剂和水的混合溶液洗涤，最后用去离子水洗涤至中性。在常压下a-石英在573° C转变为P -石英，继续加温至870° C转变为￠-鳞石英，再继续加温至1470 ° C转变为￠-方石英(￠-方英石)。本专利技术通过控制反应条件，在反应温度升至1700° C的受热过程中，石英会发生三次晶型变化，在脉石英砂表面产生裂纹，同时，以类质同象方式存在于石英晶体中的杂质金属元素会与其中的特定混合气体发生反应并气化逸出，由此可达到部分去除杂质金属元素，实现晶体结构的同质多象转变，即由a-石英转变为￠-方石英，进一步降低脉石英中的金属含量，达到提纯的目的。该石英晶型转换及纯化过程中杂质金属元素可同时起矿化剂的作用，促进石英晶型的转变。本专利技术的有益效果 (I)本专利技术通过控制脉石英砂与特定混合气体在高温下的气化反应条件，实现石英晶型转换的同时去除脉石英砂晶体中的流体杂质并降低杂质金属元素含量的目的，实现了超低金属元素方英石化。本专利技术优选选用入料为SiO2彡99. 995wt%、杂质含量< 30ppm的高纯石英砂，制备得到的超高纯石英砂杂质金属元素含量甚至可达低于20ppm的要求，满足石英的一些特定用途如制备太阳能多晶硅、单晶硅用坩埚级石英材料、晶体硅、电子材料、光学玻璃、激光玻璃、高温玻璃、水晶级熔融石英、航空航天器视窗玻璃、高级拉管玻璃、防辐射玻璃等对石英原料的要求。(2)该方法工艺容易控制，制得的石英砂纯度高，金属元素含量低。具体实施例方式 为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的
技术实现思路
，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例；也不应视为对本专利技术的限制。实施例1-4中的脉石英砂原料由以下方法制备得到 (I)选料 脉石英原矿经拣选、破碎、磨矿、强磁选、分级制备成96 250Mffl的脉石英砂，所述的脉石英砂满足流体包裹体的数量< 100个/mm2, SiO2的含量> 98. 5wt%,杂质金属元素总量50ppmo(2)焙烧-水淬 取上述分级得到的96 250Mm的脉石英砂在500°C的马弗炉中焙烧2h后，置于冰水中水淬处理至石英砂与冰水恒温、沉淀、过滤、烘干。(3)化学提纯 将水淬产物于60° C混合酸中反应15小时，所述的混合酸为HF、HNO3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法，其特征在于，它包括以下步骤 将脉石英砂与特定混合气体在140(Tl70(TC范围内进行高温气化反应6(Tl80min，所述的特定混合气体为HCl和Cl2按体积比为1:广9:1的混合气体，或为Cl2与N2按体积比为1:广9:1的混合气体。2.根据权利要求I所述的所述的石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法，其特征在于所述的脉石英砂采用连续加入方式或定时间隔方式加入。3.根据权利要求I所述的所述的石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法，其特征在于所述的特定混合气体是在体系中加入脉石英砂然后对体系进行抽真空后加入的。4.根据权利要求I所述的所述的石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法，其特征在于所述的特定混合气体以气体流的形式在升温过程中通入，所述特定混合气体的流量为 200 4000ml/min。5.根据权利要求I所述的所述的石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法，其特征在于所述的特定混合气体在升温至500-900°C时通入，并保温0. 5-2h，然后继续升温至目标温度，进行高温气化反应。6.根据权利要求I所述的所述的石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法，其特征在于所述高温气化反应时控制体系压力为彡0. IMPa07.根据权利要求I所述的所述的石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法，其特征在于所述石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法还包括在高温气化反应完成后停止通入特定混合气体并通入100 300ml/min的氮气，然后将降温出炉后的产品进行洗涤、干燥后处理步骤。8.根据权利要求I所述的所述的石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法，其特征在于所述石英晶型转换金属元素气化一体化提纯方法还包括将高温气化反应后的产物...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷绍民，钟乐乐，张凤凯，刘云涛，陆玉，马球林，黄冬冬，聂传阳，
申请(专利权)人：武汉理工大学，江苏凯达石英有限公司，
类型：发明
国别省市：