一种去除石英砂中晶格杂质钛的提纯方法与流程

本发明属于石英砂提纯，具体涉及一种去除石英砂中晶格杂质钛的提纯方法。

背景技术：

1、石英砂是石英石经破碎加工而成的石英颗粒，属于非金属矿物质，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是二氧化硅（sio2）。石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状，莫氏硬度7。石英砂是重要的工业矿物原料，具有独特的物理、化学特性，广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及防火材料、冶炼硅铁、冶金熔剂、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料、滤料等工业。

2、随着科学技术的进步，电子工业、光通讯、sio2薄膜材料、大规模集成电路、激光等高科技产业迅猛进展，对高品级高纯度的石英砂材料的需求量很大，但现有各类石英砂提纯方法中因其原料处理、助剂选取、工艺路线设计、参数选择等各种因素，导致其制备的石英砂产品纯度不高，虽然石英砂中的fe、al杂质在焙烧、磁选、浮选等常规工艺流程中得到了较好的去除，但是仅仅去除了石英表面的杂质，更深层的晶格杂质含量仍然比较高，无法满足高科技行业的使用要求。

3、目前有采用微生物法浸出石英砂杂质。例如专利cn114392836a公开了一种高纯石英砂的加工工艺，具体制作方法包括以下步骤，s1，首先对砂石进行清洗处理，并进行统一筛分，完成后进行微生物浸出石英砂；s2，对石英砂进行煅烧处理，处理后，进行浮选工艺；s3，酸浸石英砂；s4，磁选石英砂；s5，二次清洗，干燥处理，即完成加工。该法在传统提纯工艺中，加入生物浸出的方法，有效降低石英砂中铁的含量，然而该法中氧化亚铁硫杆菌虽然加快了石英砂表面的薄膜铁(二价铁)的氧化，但是未考虑到石英砂晶格点阵中的铁。也就是说，该专利只能去除石英砂表面的杂质铁，但是不能去除石英砂内部的晶格杂质铁。又如专利cn112357925a公开了一种利用微生物对石英砂的提纯工艺，该法利用水淬使得矿物裂开，以去除矿物内部的气泡、水纹和包裹的杂质，使得原石英中的包裹在内部的铁和裂隙中的杂质暴露在颗粒表面，便于后续工序对其去除；然而该法采用长时间的酸浸，石英砂中包含的次生薄膜铁杂质可能出现逐渐溶解在溶液中的现象。再如专利cn117486223a公开了一种高纯石英砂的提纯工艺，所述工艺包括如下步骤：s1.石英砂原料球磨、过目筛后，去离子水洗涤，干燥；s2.微波加热石英砂至850-900℃恒温煅烧0.5-1.5h,自然冷却至室温；s3.煅烧后的石英砂灭菌后，加入微生物浸出液，震荡浸出,过滤收集浸出滤液，滤渣用去离子水水洗至中性，干燥得到微生物浸出的石英砂；s4.对微生物浸出的石英砂进行球磨、过目筛后，磁选除杂。本发明采用微波煅烧-微生物浸出-磁选联用法，有效去除包裹在石英砂晶格内部的铁杂质，提纯后石英砂sio2含量≥99.99％，铁含量≤25ppm，达到高纯石英砂的质量标准。以上采用微生物法处理石英砂杂质的专利，去除的都是铁杂质，无法去除石英砂内部的其他晶格杂质，如晶格杂质钛。

4、因此，在石英砂提纯工艺技术领域，开发出一种改进的石英砂提纯方法，使得制备得到的石英砂成品的纯度更高、晶格杂质钛含量更低，则显得尤为重要。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于提供一种改进的石英砂提纯方法，采用本发明改进的提纯方法制备得到的石英砂成品的纯度更高，晶格杂质钛含量更低，能够更好的满足高科技行业的使用要求。

2、为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种去除石英砂中晶格杂质钛的提纯方法，所述提纯方法包括以下步骤：

4、步骤s1.制备石英砂细料；

5、将石英砂原料进行筛选除杂后，清洗，干燥，得到洁净原料；

6、将洁净原料进行破碎处理，筛分，得到不同粒径的石英砂细料；

7、将石英砂细料分为三份，第一份为第一石英砂细料，第二份为第二石英砂细料，第三份为第三石英砂细料；第一石英砂细料、第二石英砂细料与第三石英砂细料的质量比为1:0.6:0.4；

8、步骤s2.煅烧；

9、将介孔氧化铝和纳米氧化锆加入苯甲基硅烷中混合，经过超声处理，得到第一复合物；

10、将第一石英砂细料与第一复合物混合均匀后装入刚玉坩埚中，置于马弗炉煅烧，煅烧后进行快速水冷，干燥，得到第一石英砂煅烧物；

11、将果胶配成溶液，将溶液缓慢滴入第二石英砂细料中，搅拌，干燥，得到第二石英砂细料中间体；

12、将第二石英砂细料中间体装入刚玉坩埚中，置于马弗炉煅烧，将经过煅烧的第二石英砂细料中间体进行快速水冷，干燥，得到第二石英砂煅烧物；

13、将第三石英砂细料装入刚玉坩埚中，置于马弗炉煅烧，煅烧后进行快速水冷，干燥，得到第三石英砂煅烧物；

14、将由石灰溶液、三乙醇胺、长枝木霉菌的发酵液和灰色链霉菌的发酵液组成的第二复合物缓慢加入第三石英砂煅烧物中；搅拌，干燥，得到第三石英砂煅烧物的处理物；

15、步骤s3.清洗；

16、将氢氧化铵加入第一石英砂煅烧物中，30℃搅拌8h，去除氢氧化铵，洗涤浸出产品，干燥，得到第一清洗物；

17、将氢氧化锌加入第二石英砂煅烧物中，60℃搅拌6h，去除氢氧化锌，洗涤浸出产品，干燥，得到第二清洗物；

18、将氢氧化锂加入第三石英砂煅烧物的处理物中，70℃搅拌4h，去除氢氧化锂，洗涤浸出产品，干燥，得到第三清洗物；

19、将第一清洗物、第二清洗物和第三清洗物按照质量比为1.5:1:0.5混合均匀，得到石英砂成品。

20、优选的，所述第二复合物中石灰溶液、三乙醇胺、长枝木霉菌的发酵液和灰色链霉菌的发酵液的质量比为0.5:1:0.5:0.2。

21、优选的，所述第二复合物的制备方法如下：

22、s1.制备长枝木霉菌的发酵液；

23、1）将长枝木霉菌接种于pda培养基，在温度为25℃条件下培养5天；灭菌水浸泡，过滤，得到孢子悬浮液；

24、2）将孢子悬浮液接种于由玉米秸秆、麸皮、牛粪、玉米粉和无菌水制成的液体培养基中；

25、3）将接种后的液体培养基置于恒温摇床中，在温度为26℃和转速为180r/min条件下培养6天；过滤，离心，上清液即为长枝木霉菌的发酵液；

26、s2.制备灰色链霉菌的发酵液；

27、1）将长枝木霉菌接种于斜面培养基，在温度为28℃条件下培养5天；灭菌水浸泡，震荡，得到孢子悬浮液；

28、2）将孢子悬浮液培养得到种子液，将种子液接种于装有发酵培养基的发酵罐中，在温度为28℃条件下培养6天；过滤，离心，上清液即为灰色链霉菌的发酵液；

29、s3.制备多元混合液；

30、将石灰溶液加入长枝木霉菌的发酵液和灰色链霉菌的发酵液的混合液中；再缓慢加入三乙醇胺，边加边搅拌，得到的多元混合液即为第二复合物。

31、优选的，所述第一石英砂细料与所述第一复合物的质量比为1:1。

32、优选的，所述第二石英砂细料与所述果胶的质量比为1:0.5。

33、优选的，所述第三石英砂煅烧物与所述第二复合物的质量比为1:0.3。

34、优选的，所述氢氧化铵的质量为10g，所述氢氧化锌的质量为8g/l，所述氢氧化锂的质量为6g/l。

35、第二方面，提供一种石英砂成品，所述石英砂成品由本发明所述的提纯方法提纯而成。

36、第三方面，提供一种石英砂提纯方法，所述石英砂提纯方法包括本发明所述的提纯方法。

37、第四方面，提供本发明所述的提纯方法在去除石英砂中晶格杂质中的应用。

38、第五方面，提供本发明所述的提纯方法在去除石英砂中晶格杂质钛中的应用。

39、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

40、1.本发明经过大量实验筛选得出，将介孔氧化铝和纳米氧化锆加入苯甲基硅烷中制备的第一复合物与石英砂细料混合煅烧后得到的石英砂煅烧物，再经过氢氧化铵清洗浸出后，这种处理方式能够利于去除石英砂中的晶格杂质元素钛。

41、2.本发明从大量物质中选用果胶对石英砂细料进行处理后再煅烧，然后配合本发明从大量物质中选用的氢氧化锌对该煅烧物进行清洗浸出，这种处理方式能够利于去除石英砂中的晶格杂质元素钛。

42、3.本发明经过大量实验筛选得出，将由石灰溶液、三乙醇胺、长枝木霉菌的发酵液和灰色链霉菌的发酵液组成的第二复合物加入石英砂煅烧物处理，再经过氢氧化锂清洗浸出后，这种处理方式能够利于去除石英砂中的晶格杂质元素钛。

43、4.本发明经过大量实验筛选得出，将上述三种处理方式处理后的清洗物按照质量比为1.5:1:0.5混合均匀，得到的石英砂成品中的晶格杂质元素钛含量更低，本发明人推测它们之间可能发生化学反应，生成新的化合物或产生某种特定的物理效应；这些新生成的化合物或效应在单独的物质中是不存在的。也有可能是某些物质在混合后可能产生相互增强的效应，它们各自的特点在混合物中被放大或增强，从而能够进一步的去除石英砂中的晶格杂质元素钛。同样的，本发明经过大量实验筛选证实，将本发明制备的石英砂细料按照质量比为1:0.6:0.4分为三份进行后续处理，能够有效去除石英砂中的晶格杂质元素钛。

44、5.本发明经过大量实验筛选得出，只有石灰溶液、三乙醇胺、长枝木霉菌的发酵液和灰色链霉菌的发酵液配合对石英砂煅烧物进行处理，才具有去除石英砂中的晶格杂质元素钛的效果。在实验筛选过程中，本发明人进行了大量的单因素实验筛选，本发明人尝试将石灰溶液或三乙醇胺替换为其它性质相似的物质进行实验，发现替换后的技术方案对于去除石英砂中的晶格杂质元素钛的效果不明显，本发明先后又尝试将长枝木霉菌的发酵液、灰色链霉菌的发酵液替换为其它单一细菌或单一真菌或几种细菌的组合或几种真菌的组合进行实验，发现替换后的技术方案对于去除石英砂中的晶格杂质元素钛的效果也不明显。本发明人推测三乙醇胺可能与晶格杂质元素钛形成稳定的络合物，这种络合物在溶液中的溶解度可能较低，从而促使晶格杂质元素钛从石英砂煅烧物中析出；络合物可能更容易被氢氧化钙沉淀下来；而长枝木霉菌的发酵液和灰色链霉菌的发酵液则可能促进这一过程的进行或提高沉淀物的稳定性；然后经过后续清洗，共同促进了晶格杂质元素钛从石英砂煅烧物中的分离和去除。

45、6.本发明首次全部选用弱碱性的物质对石英砂煅烧物进行处理，本发明的这种处理方式对于去除石英砂中的晶格杂质元素钛具有增强作用。

46、综上，本发明的这种处理方式，有利于石英砂产生更多的细小裂纹，有利于更多的反应物质沿着这些细小裂纹缝隙渗透进入石英砂内部与杂质发生反应；同时，本发明的这种处理方式增强了反应物质与石英砂内部杂质的接触几率、接触时间和接触面积；而且，本发明将分批清洗的石英砂煅烧物在不同温度下搅拌不同时间，使得清洗浸出的晶格杂质更容易脱落，特别是，使得清洗浸出的晶格杂质元素钛更容易脱落。即采用本发明石英砂提纯方法能够使得石英晶格中的杂质反应更充分，能够使得石英晶格中的杂质浸出率更高，尤其是提高了石英晶格中杂质元素钛，从而提高了产品的纯度，更能满足高科技行业的使用要求。

47、此外，本发明的这种处理方式，对于石英砂内部其它晶格杂质也具有一定的去除作用。