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這7種石英提純“新”工藝,你是否都了解?

點擊次數(shù):415     更新時間:2024-09-10

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1  高溫真空處理

  

該工藝指溫度在1000℃以上,0.01Mpa的真空狀態(tài)下,氣液包裹體內(nèi)外形成巨大的壓力差使其發(fā)生爆裂,同時,高溫真空狀態(tài)有利于脫去石英砂中的羥基。
高溫焙燒過程中石英晶格會發(fā)生轉(zhuǎn)型,低溫下由a-石英變?yōu)?span>β-石英,隨著反應(yīng)溫度進一步升高會再次轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞?。石英晶格轉(zhuǎn)變是通過石英晶格中Si-O鍵鍵角的變化而發(fā)生的,當(dāng)石英晶格發(fā)生變形時,其晶格體積發(fā)生變化導(dǎo)致原石英晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)平衡被破壞,晶格中雜質(zhì)金屬元素不再保持穩(wěn)定狀態(tài),發(fā)生一系列的熱運動,最終擴散至石英晶格表面并氣化擴散至石英表面。
同時在高溫真空焙燒條件下,石英砂中的氣液包裹體受熱膨脹,在石英晶格發(fā)生變形時隨著晶格體積的變化發(fā)生破裂,將包裹體內(nèi)部的雜質(zhì)暴露出來,并受到內(nèi)外濃度差的影響最終氣化擴散出去,從而達(dá)到石英純化的目的。

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高溫真空焙燒裝置圖


氯化焙燒 

氯化焙燒又稱氯化脫氣,利用顆粒表面與內(nèi)部在高濃氯氣作用下產(chǎn)生的化學(xué)位梯度,促使氣液包裹體擴散出去。石英顆粒表層的堿金屬、堿土金屬和殘余的包裹體等雜質(zhì)在高溫下與氯氣反應(yīng)生成氣態(tài)氯化物,相較于其他金屬離子,AlB的反應(yīng)活性較低,高溫氣流將這些雜質(zhì)元素的氯化物帶走,從而達(dá)到深度提純的目的。
氯化焙燒是一種深度提純工藝,成本較高,處理能力有限,具有一定危險性。當(dāng)前,僅有美國矽比科等極少數(shù)幾家公司實現(xiàn)該工藝的工業(yè)應(yīng)用。
該工藝對進料要求較高,一般是經(jīng)過傳統(tǒng)工藝提純后,SiO2純度達(dá)到99.99%,雜質(zhì)總量小于100×10-6的石英砂才能滿足進料要求。氯化焙燒的裝置多為自行設(shè)計,還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,仍處于不斷發(fā)展完善過程中。
根據(jù)氯化劑的種類,氯化焙燒可分為固態(tài)氯化焙燒和氣態(tài)氯化焙燒。其中:固態(tài)氯化焙燒所使用的氯化劑一般為NaClCaCl2、NH4Cl;氣態(tài)氯化焙燒所使用的氯化劑一般為Cl2、HCl

超導(dǎo)磁選

超導(dǎo)選是將超導(dǎo)技術(shù)引入工業(yè)選礦的一種新的礦物提純的方法,超導(dǎo)材料能產(chǎn)生超導(dǎo)磁場,能使石英中的微小雜質(zhì)和固態(tài)包裹體在超導(dǎo)磁場中磁化而被選出,這對去除石英中的異礦物和固態(tài)包裹體有很大的作用,是高純度石英原料提純工藝的重要工序和裝備。
超導(dǎo)磁選機作為國內(nèi)磁選裝備中的選礦裝備,其關(guān)鍵技術(shù)在于通過低溫技術(shù)來處理線圈,使線圈達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài),以提高磁體所產(chǎn)生的背景場強。
超導(dǎo)磁選機的工作原理,是利用鈦、鈮三錫等超導(dǎo)材料制作的超導(dǎo)線,通過后期加工,將超導(dǎo)線環(huán)繞成特種線圈置于密閉良好的低溫杜瓦中。采用液氦浸泡及制冷系統(tǒng)傳導(dǎo)冷卻的方式,使超導(dǎo)線圈工作環(huán)境溫度維持在-268.8℃左右,此時超導(dǎo)線圈電阻為零。由于纏繞線圈電阻為零,電導(dǎo)率為無窮大,可以承載更大的電流,增加超導(dǎo)線圈匝數(shù),以螺旋管的方式進行繞制,最終可獲得超高的背景磁場。

 

電選

靜電分選是利用高壓靜電進行物料的分離、提純的技術(shù),它利用物質(zhì)的導(dǎo)電特性、介電常數(shù)的不同,使其在電場中荷電,根據(jù)物料顆粒受到靜電力、重力、離心力等作用力的差異,導(dǎo)致礦物顆粒在電場中的運動軌跡不同,從而實現(xiàn)礦物分選的一種物理選礦方法。電選工藝簡單,且是干式作業(yè),不存在廢水污染及處理問題,是一項具有巨大發(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景的技術(shù)。

近幾十年來電選普遍應(yīng)用于稀有金屬礦精選,在有色金屬礦、非金屬礦甚至黑色金屬礦的選礦中也得到了廣泛應(yīng)用。在城市固廢回收利用方面電選也有廣泛應(yīng)用,重點是粉煤灰脫炭、廢棄塑料分選,廢舊家電回收等;還包括從工業(yè)廢料中有價值資源的回收,如冶煉金屬硅渣、金屬切割磨屑等。
電選裝備,作為成熟的物理選礦設(shè)備,具有技術(shù)成熟、控制簡便、效果穩(wěn)定等特點,也可以有效降低高純石英中的金屬雜質(zhì),減少后續(xù)工藝復(fù)雜性,在高純石英除雜中發(fā)揮著有力的作用。

超聲波處理

超聲波具有安全、高效、穩(wěn)定等特點,超聲波的頻率為2x104~109Hz之間。當(dāng)超聲波在水(或)溶液中發(fā)出時,會產(chǎn)生許多壓縮、膨脹區(qū)域,導(dǎo)致了無數(shù)微氣泡(空化泡)的形成和破裂,這種情況被稱為空化現(xiàn)象。

當(dāng)空化泡崩潰時,在極短時間和極小空間內(nèi),產(chǎn)生5000K以上的高溫和大約5x107Pa的高壓,溫度變化率高達(dá)109K/s,并伴生強烈的沖擊波和時速達(dá)400km的射流,對液體中的石英砂顆粒進行猛烈的沖擊,在這種劇烈的沖擊下,顆粒表面的微量雜質(zhì)迅速地從顆粒表面脫落,從而達(dá)到提純的作用。

微波焙燒

微波焙燒是利用不同材料之間介電常數(shù)的差異,使石英砂中的氣液包裹體快速升溫汽化,極大的壓強使石英砂破裂,從而實現(xiàn)氣液包裹體的去除。

 

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常規(guī)焙燒和微波焙燒原理示意圖



摻雜提純

 

摻雜提純是高溫條件下使摻入的元素與雜質(zhì)元素反應(yīng)生成易溶于水或酸的物質(zhì),而后水洗或酸洗提純。

研究人員采用雜質(zhì)總含量為41.94x10-6的石英粉,先后摻入NaNO3、Al(NO3)3·9H2O,在900℃下煅燒,獲得石英精砂雜質(zhì)總量小于25x10-6,達(dá)到IOTA-Std標(biāo)準(zhǔn)。

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