专利名称：一种超细高纯二氧化硅的生产方法
技术领域：
本发明属于非金属资源材料的深加工技术领域，涉及一种超微细高纯度二氧化硅的生产方法。
背景技术：
二氧化硅作为一种重要的工业原料，在建材、化工、医疗、军事等领域有着广泛应用。如玻璃、塑料、橡胶、油漆、防水防腐材料等。但特种陶瓷、高档涂料油漆、电子封装、光纤通讯、集成电路、光学仪器、SiO2薄膜材料等高新技术领域则需用高纯度、超细、高白度的二氧化硅。
随着科学技术的进步，高纯超细二氧化硅的需求量成倍增加，而天然水晶资源的日趋枯竭使得人们不得不将目光转向天然水晶的替代品。目前解决水晶代用原料有三种途径(1)人造水晶；(2)化学法合成二氧化硅；(3)用天然硅微粉加工提纯后代替水晶。就这三种途径来讲，人造水晶由于产量低、耗能大、成本高，只限于生产压电水晶之类。化学法合成超细二氧化硅，虽然产品的质量高，性能稳定，但原料价格昂贵，工艺复杂，对设备要求高，投资及产品成本较高。
超微细材料的制备一般采用搅拌磨、振动磨、砂磨、剥片机、球磨机、气流磨、高压水射流和机械冲击粉碎机进行超细粉碎加工。由于二氧化硅的硬度较大，在研磨过程中研磨体的磨损会对粉体造成污染，导致粉体中铁等有害杂质升高，严重影响粉体的质量；另外，利用传统的超微细加工设备，二氧化硅体的粒度很难加工到2μm以上。在提纯过程中，用选矿方法初提纯可以除去绝大部分单体含铁矿物，但SiO2砂粒表面氧化铁膜及裂隙内的铁染杂质则难于除去。酸溶法是除去非金属矿物中单体褐铁矿及薄膜铁的比较有效的方法，也可除去能溶于酸的各种金属杂质。但通常的提纯工艺复杂，对二氧化硅的包裹杂质和长石以及生产过程的污染杂质不能有效去除。
发明内容
本发明的目的是提供一种超微细高纯度二氧化硅的生产方法，该方法工艺简单、成本低、易于大批量工业化生产，同时将拓宽SiO2在相关领域的广泛应用。
本发明以价格低廉、资源丰富的石英粉原矿为原料，利用机械力化学效应，将超微细加工和提纯同时进行，生产超微细高纯度的二氧化硅。
具体工艺过程为将含二氧化硅大于或等于97％，粒度为80～100目的石英粉原矿在搅拌球磨机上水洗脱泥，将水洗脱泥后的二氧化硅配成浓度为40％～60％的矿浆水溶液，加入0.1-0.3wt％的表面活性剂，以ZrO2球为球磨介质，球料比为3∶1～5∶1，在搅拌球磨机研磨2～6h，球磨机的转速为60-150转/分钟，再加入1-3wt％的浓盐酸和1-3wt％的氢氟酸再球磨0.5～2h，然后加入氢氧化钠调整pH值在2～3之间，加入胺盐，研磨5～10min，除去表面泡沫，静置，去除上层清水，再水洗抽滤，烘干即得超细高纯二氧化硅。
所述表面活性剂为氯化铵、六偏磷酸钠、焦磷酸钠或三乙醇胺。
所述胺盐为烷基聚乙烯基季胺盐或十二胺醋酸盐。
该方法制备的二氧化硅中SiO2≥99.86％，Fe2O3≤0.029％，Al2O3≤0.059％，平均粒度≤1μm，白度Wr≥93.6％。
本发明利用机械力、机械摩擦、冲击等产生的热效应，矿物晶体结构的变化、矿物活性及化学成分的变化以及伴随产生的电化学反应，可使较难进行的化学反应能够相当容易地进行，同时还可以极大提高矿物(包括SiO2矿物的)酸浸化学反应的速度和浸蚀的深度，可使稀有矿物的浸出率成倍提高，也可使提纯矿物的品位得到显著提高。加入烷基聚乙烯基季胺盐，起到选矿工艺中捕收剂的作用，能够有效的去处二氧化硅中含有Al2O3的长石、云母等粘土矿物，使得提纯效果明显提高。
本发明还具有以下优点和积极效果a、以二氧化硅原矿为原料，生产的二氧化硅具有粒径小(平均粒度≤1μm)、纯度高(SiO2≥99.86％，Fe2O3≤0.029％，Al2O3≤0.059％)和白度高(Wr≥93.6％)的特点。对弥补天然水晶资源的不足和开发高档二氧化硅制品，具有重要的现实意义。
b、将超微细加工和提纯浸出工艺同时进行，具有工艺简单、流程短、成本低、易于规模化大批量生产，有利于节约人力、物力和财力。将进一步提高SiO2矿产的利用率，扩大SiO2矿产的利用范围，提高SiO2矿产深加工的质量和品位，能使生产的SiO2系列制品更上档次，更具竞争力。
c、以耐磨损的ZrO2球为研磨介质，在加工生产过程中不易再引入其它杂质；引入烷基聚氧乙烯基季胺盐，可有效的去除Al2O3等不易分离的杂质，从而提高二氧化硅的纯度，改善性能；引入有机分散剂，可以有效避免或减少超细粉体生产过程中易出现的硬团聚现象，合成粒径小，分布均匀的超细高纯二氧化硅。
d、本发明将机械化学工艺与精细提纯方法相结合，由非金属资源材料直接生产超微细高纯度的二氧化硅，符合高新技术产业化思路，不仅提高了二氧化硅的性能，还为资源材料的深加工提供新方法，同时也为提高资源材料的附加值提供崭新的思路。
具体实施例方式
称取石英粉原矿2kg、自来水2kg和4mm的ZrO2球8kg，在ZJM-25型周期式搅拌球磨机上水洗脱泥10min，去除上层的水，加入等量的自来水，先加2g的有机表面活性剂三乙醇胺，在ZJM-25型周期式搅拌球磨机上球磨2.5h，转速为100转/分钟，再加入40g的36％浓盐酸和20g的氢氟酸，研磨和酸浸0.5h，然后加入氢氧化钠调整pH值在2～3之间，加入烷基聚乙烯基季胺盐，再研磨5min，除去表面泡沫，静置30min，去除上层清水，再水洗抽滤，烘干即得超细高纯二氧化硅。化学测试分析表明，所得产品中SiO2的含量为99.86％，Fe2O3为0.029％，Al2O3为0.059％，平均粒度0.851μm，白度Wr为93.6％。
权利要求
1.一种超细高纯二氧化硅的生产方法，其特征在于将含二氧化硅大于或等于97％，粒度为80～100目的石英粉原矿在搅拌球磨机上水洗脱泥，将水洗脱泥后的二氧化硅配成浓度为40％～60％的矿浆水溶液，加入0.1-0.3wt％的表面活性剂，以ZrO2球为球磨介质，球料比为3∶1～5∶1，在搅拌球磨机研磨2～6h，再加入1-3wt％的浓盐酸和1-3wt％的氢氟酸再球磨0.5～2h，然后加入氢氧化钠调整pH值在2～3之间，加入胺盐，研磨5～10min，除去表面泡沫，静置，去除上层清水，再水洗抽滤，烘干。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于所述表面活性剂为氯化铵、六偏磷酸钠、焦磷酸钠或三乙醇胺。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于所述胺盐为烷基聚乙烯基季胺盐或十二胺醋酸盐。
全文摘要
一种超细高纯二氧化硅的生产方法。本发明将石英粉原矿在搅拌球磨机上水洗脱泥，再将水洗脱泥后球磨，酸浸，调整pH值在2～3之间，加入烷基聚乙烯基季胺盐，反应完全后去除上层清水，再水洗抽滤，烘干即得超细高纯二氧化硅。本发明将超微细加工和提纯浸出工艺同时进行，具有工艺简单、流程短、成本低、易于规模化大批量生产，有利于节约人力、物力和财力；利用本发明生产的二氧化硅具有粒径小(平均粒度≤1μm)、纯度高(SiO
文档编号C01B33/18GK1891625SQ200510031830
公开日2007年1月10日 申请日期2005年7月8日 优先权日2005年7月8日
发明者杨华明, 张力, 张向超, 周灿伟, 张文明 申请人:中南大学, 河南省核工业地质局