基本信息
- 項目名稱：
- 一種制取高純石英砂的方法
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 采用環(huán)保型銨鹽作浮選劑，尋找銨鹽在除鐵過程中石英砂中的鐵與銨鹽之間最適宜摩爾質(zhì)量比和最適宜除鐵溫度，制備高純石英砂。該方法相對其他方法除鐵效果明顯，且處理過程幾乎對環(huán)境無污染，所產(chǎn)廢液可作肥料使用，達到經(jīng)濟環(huán)保雙效應；本方法對提高鳳陽豐富的石英砂資源的利用率增加其附加值和打造安徽省千億元硅產(chǎn)業(yè)基地具有重要的意義。
- 詳細介紹：
- 高純石英砂因其在分子鏈結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格變化規(guī)律等方面具有獨特的物理化學性質(zhì)使得其在航空航天、IT行業(yè)、電子機械等產(chǎn)業(yè)具有重要的應用價值。目前，由于制備高純石英砂的天然水晶資源日益減少，使得以普通石英砂為原料制備高純石英砂成為國內(nèi)外研究的熱點。 本項目采用具有環(huán)保特性的銨鹽作為浮選劑來除去石英砂中的鐵組份，其原理是：在銨離子的弱酸性條件下，以浮選劑溶液中的陰離子作為配位離子與礦粒表面的鐵離子發(fā)生絡合反應，生成易溶于水的配合物，從而達到將鐵脫除，制備高純石英砂的目的。技術關鍵是找尋合適的銨鹽作為浮選劑和該浮選劑在除鐵效果最佳條件下的最優(yōu)條件，包括石英砂中的鐵與銨鹽之間最適宜的摩爾質(zhì)量比和最適宜的除鐵溫度。 較之其它方法，本技術具有四個方面的特性和優(yōu)勢。1、除鐵效果明顯，且處理過程幾乎對環(huán)境零污染；2、除鐵過程在接近中性的條件下進行，不會對生產(chǎn)儀器產(chǎn)生較大損害且制備工藝簡單，可適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；3、工藝中所用藥品平時較為常見，價格便宜，經(jīng)濟實惠；4、采用的環(huán)保型銨鹽使得產(chǎn)生的廢液還可作為肥料使用，從而達到經(jīng)濟環(huán)保雙效應。 本法結(jié)合地方經(jīng)濟特色，以鳳陽的石英砂為原料，經(jīng)過除鐵處理后提高了二氧化硅的純度，增加了石英砂資源的利用率和附加值，對推動安徽省千億元硅產(chǎn)業(yè)基地建設具有重要的作用，也是安徽科技學院大學生創(chuàng)新科研課題成果的進一步深化，其成果專利正在申報中。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的和基本思路：選用環(huán)保型銨鹽作浮選劑，實驗探索出浮選劑分別在不同溫度，不同用量條件時的除鐵效果，尋找除鐵效果最佳的浮選劑的用量和浮選溫度，以除去石英砂表面的鐵，提高石英砂純度，制備高純石英砂，達到經(jīng)濟環(huán)保雙重效應。本方法對提高鳳陽縣石英砂資源的利用率，增加其附加值和打造安徽省千億元硅產(chǎn)業(yè)基地具有重要意義。 創(chuàng)新點：本方法使用環(huán)保型銨鹽作為浮選劑，在除鐵過程中對環(huán)境沒有污染，反應過程中所產(chǎn)生的濾液可直接作為肥料使用，克服了其他除鐵方法所造成環(huán)境危害的缺點，并且制備工藝簡單，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，浮選藥品在日常生活中較為常見，價格便宜。以此該方法可以達到環(huán)境保護和提高經(jīng)濟效益的雙重效應。 技術關鍵和主要技術指標：利用銨鹽作浮選劑進行除鐵處理時，關鍵是選擇合適的浮選劑并控制好浮選劑的用量及浮選溫度。其中當選用乙酸銨作為浮選劑，在石英砂樣品中含鐵量與浮選劑的摩爾質(zhì)量配比為1:10，溫度為20℃的條件下除鐵效率比較高，因其溫度條件溫和，更具有實際應用價值；在溫度為90℃條件下，除鐵效果最穩(wěn)定并且除鐵效果明顯。除鐵處理前需先測定待測石英砂樣品中鐵的含量，根據(jù)所測石英砂中鐵的含量配置一定比例的浮選劑溶液并在適宜浮選溫度條件下進行除鐵處理。
科學性、先進性
- 科學性與先進性：石英砂雜質(zhì)礦物與石英顆粒之間主要靠膠結(jié)物二次連生，并主要存在于顆粒表面和石英砂顆粒裂隙之間，單晶石英中有時還含有極少量氣液包裹體等雜質(zhì)，總體上石英單晶內(nèi)基本不含雜質(zhì)礦物。據(jù)此，我們配制一定濃度的銨鹽溶液，利用銨鹽在水溶液中呈弱酸性，陰離子作為配合劑的配位原子，石英砂中的鐵作為中心原子，溶液中的陰離子與石英砂礦粒表面的鐵離子反應，生成的配合物易溶于水，過濾除去濾液，洗滌烘干即得高純石英砂。在浮選過程中，尋找銨鹽的最佳用量及最佳浮選溫度，分析比較得出浮選的條件。通過實驗數(shù)據(jù)分析可知該方法與其他方法相比其除鐵效果更明顯，且在浮選除鐵過程中實驗條件溫和，不會對儀器設備產(chǎn)生較大危害，所產(chǎn)廢液可作肥料直接使用，所選用的浮選劑在日常生活較為常見，價格更為低廉。采用本方法除去石英砂中的鐵可以達到經(jīng)濟環(huán)保的雙重效應。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1.在安徽大學舉辦的安徽省第四屆挑戰(zhàn)杯終審決賽中獲安徽省“挑戰(zhàn)杯”二等獎。 2.在安徽科技學院大學生創(chuàng)新課題答辯中獲優(yōu)秀。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物，產(chǎn)品；樣品；圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術特點和優(yōu)勢：本方法選用對環(huán)境危害小的銨鹽作為除去石英砂中鐵的浮選劑，該方法除鐵效率較高且在除鐵過程中對環(huán)境不會產(chǎn)生污染，所得廢液可以作為肥料直接使用。所采用的浮選藥品在日常生活中較為常見并且廉價，為常用銨鹽，價格便宜，經(jīng)濟實惠；在除鐵過程中反應溫度和酸堿度較為溫和，不會對生產(chǎn)設備產(chǎn)生較大危害；鳳陽縣石英砂資源豐富，本方法對提高石英砂的利用率及石英砂產(chǎn)品附加值具有重要作用。 適應范圍及推廣前景：增加石英砂的附加值，對發(fā)展本地經(jīng)濟等都具有重要的意義。近年來，安徽省和鳳陽縣政府為了發(fā)揮鳳陽縣本地的石英砂資源優(yōu)勢，加快培育核心支柱產(chǎn)業(yè)的建設，決議通過圍繞產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級，大力增加科技含量來提高石英砂資源的附加值。據(jù)報道鳳陽縣政府計劃將用7年時間使全縣硅產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達1000億元，成為玻璃產(chǎn)業(yè)內(nèi)最具影響的全國性示范基地，建成“中國玻璃城”。因此，本方法具有較大的實際應用價值，對鳳陽本地的經(jīng)濟建設也具有重要的意義。
同類課題研究水平概述
- 高純石英砂是指石英砂中SiO2含量大于99.5—99.9％ ，F(xiàn)e2O3含量小于0.005％的石英砂產(chǎn)品；高純石英砂制取通常采用1—3級天然水晶石和優(yōu)質(zhì)天然石類，經(jīng)過精心挑選，精細加工而成，粒度范圍在0.0005—1mm之間。高純石英砂所具有的獨特的物理、化學特性，特別是其內(nèi)在分子鏈結(jié)構(gòu)、晶體形狀和晶格變化規(guī)律等使其具有的耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、耐腐蝕、壓電效應、諧振效應以及其獨特的光學特性，使其在許多高科技產(chǎn)品如航空、航天、電子、機械以及當今飛速發(fā)展的IT產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位中并發(fā)揮著越來越重要的作用。目前國內(nèi)外的高科技用硅市場需求旺盛，市場前景看好，可這些行業(yè)對硅的純度要求越來越高，有的要求其含量大于99.99%以上。 目前，由于制取高純石英砂所使用的天然水晶資源日益減少，使得用普通石英砂為原料制備高純石英砂成為國內(nèi)外研究的熱點。而普通石英砂由于含有較多的鐵，鋁等雜質(zhì)，物理除鐵方法效果極其有限，這對提高石英砂的產(chǎn)業(yè)價值有了較大的限制，并且普通的石英砂在傳統(tǒng)除雜過程中不可避免了產(chǎn)生了較多的的廢液，廢液中含有酸等對環(huán)境有較大危害的物質(zhì)，這限制了普通石英砂的進一步利用。目前國際上石英砂提純技術較為成熟，如美國的石英砂產(chǎn)品至今已報道發(fā)展到第六代，透明度為光學極，二氧化硅含量正由目前的99.999%至99,9994%發(fā)展。日本在20世紀90年代已從細粒偉品巖中分離出透明的高純石英砂。我國的石英砂提取技術發(fā)展較晚，目前國內(nèi)研究石英砂的機構(gòu)有北京礦冶研究總院，中國建材研究院，秦皇島玻璃設計研究院等，總的來說還未從根本上解決石英砂提純問題。 在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術中的除鐵方法一般先對原料進行水洗脫泥，再采用機械擦洗、磁選、浮選、酸浸、超聲波法、微生物浸出和絡合等方法。雖然方法較多，但效果均不太理想：機械擦洗除鐵，磁選除鐵和浮選法除鐵應用的領域比較廣泛，適用于大規(guī)模的生產(chǎn)，但除鐵效果不是太好，需要進一步的改進；超聲波法除鐵適用于對產(chǎn)品純度和顆粒度要求高，用量少的生產(chǎn)企業(yè)，不適用于大規(guī)模生產(chǎn)；酸浸法除鐵成本高且工藝復雜，在除鐵過程中對環(huán)境的污染較為嚴重；微生物除鐵技術還不完善，現(xiàn)在仍處于實驗階段。
