基本信息
- 项目名称：
- 一种制取高纯石英砂的方法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 采用环保型铵盐作浮选剂，寻找铵盐在除铁过程中石英砂中的铁与铵盐之间最适宜摩尔质量比和最适宜除铁温度，制备高纯石英砂。该方法相对其他方法除铁效果明显，且处理过程几乎对环境无污染，所产废液可作肥料使用，达到经济环保双效应；本方法对提高凤阳丰富的石英砂资源的利用率增加其附加值和打造安徽省千亿元硅产业基地具有重要的意义。
- 详细介绍：
- 高纯石英砂因其在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律等方面具有独特的物理化学性质使得其在航空航天、IT行业、电子机械等产业具有重要的应用价值。目前，由于制备高纯石英砂的天然水晶资源日益减少，使得以普通石英砂为原料制备高纯石英砂成为国内外研究的热点。 本项目采用具有环保特性的铵盐作为浮选剂来除去石英砂中的铁组份，其原理是：在铵离子的弱酸性条件下，以浮选剂溶液中的阴离子作为配位离子与矿粒表面的铁离子发生络合反应，生成易溶于水的配合物，从而达到将铁脱除，制备高纯石英砂的目的。技术关键是找寻合适的铵盐作为浮选剂和该浮选剂在除铁效果最佳条件下的最优条件，包括石英砂中的铁与铵盐之间最适宜的摩尔质量比和最适宜的除铁温度。 较之其它方法，本技术具有四个方面的特性和优势。1、除铁效果明显，且处理过程几乎对环境零污染；2、除铁过程在接近中性的条件下进行，不会对生产仪器产生较大损害且制备工艺简单，可适用于大规模工业化生产；3、工艺中所用药品平时较为常见，价格便宜，经济实惠；4、采用的环保型铵盐使得产生的废液还可作为肥料使用，从而达到经济环保双效应。 本法结合地方经济特色，以凤阳的石英砂为原料，经过除铁处理后提高了二氧化硅的纯度，增加了石英砂资源的利用率和附加值，对推动安徽省千亿元硅产业基地建设具有重要的作用，也是安徽科技学院大学生创新科研课题成果的进一步深化，其成果专利正在申报中。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路：选用环保型铵盐作浮选剂，实验探索出浮选剂分别在不同温度，不同用量条件时的除铁效果，寻找除铁效果最佳的浮选剂的用量和浮选温度，以除去石英砂表面的铁，提高石英砂纯度，制备高纯石英砂，达到经济环保双重效应。本方法对提高凤阳县石英砂资源的利用率，增加其附加值和打造安徽省千亿元硅产业基地具有重要意义。 创新点：本方法使用环保型铵盐作为浮选剂，在除铁过程中对环境没有污染，反应过程中所产生的滤液可直接作为肥料使用，克服了其他除铁方法所造成环境危害的缺点，并且制备工艺简单，适用于大规模工业化生产，浮选药品在日常生活中较为常见，价格便宜。以此该方法可以达到环境保护和提高经济效益的双重效应。 技术关键和主要技术指标：利用铵盐作浮选剂进行除铁处理时，关键是选择合适的浮选剂并控制好浮选剂的用量及浮选温度。其中当选用乙酸铵作为浮选剂，在石英砂样品中含铁量与浮选剂的摩尔质量配比为1:10，温度为20℃的条件下除铁效率比较高，因其温度条件温和，更具有实际应用价值；在温度为90℃条件下，除铁效果最稳定并且除铁效果明显。除铁处理前需先测定待测石英砂样品中铁的含量，根据所测石英砂中铁的含量配置一定比例的浮选剂溶液并在适宜浮选温度条件下进行除铁处理。
科学性、先进性
- 科学性与先进性：石英砂杂质矿物与石英颗粒之间主要靠胶结物二次连生，并主要存在于颗粒表面和石英砂颗粒裂隙之间，单晶石英中有时还含有极少量气液包裹体等杂质，总体上石英单晶内基本不含杂质矿物。据此，我们配制一定浓度的铵盐溶液，利用铵盐在水溶液中呈弱酸性，阴离子作为配合剂的配位原子，石英砂中的铁作为中心原子，溶液中的阴离子与石英砂矿粒表面的铁离子反应，生成的配合物易溶于水，过滤除去滤液，洗涤烘干即得高纯石英砂。在浮选过程中，寻找铵盐的最佳用量及最佳浮选温度，分析比较得出浮选的条件。通过实验数据分析可知该方法与其他方法相比其除铁效果更明显，且在浮选除铁过程中实验条件温和，不会对仪器设备产生较大危害，所产废液可作肥料直接使用，所选用的浮选剂在日常生活较为常见，价格更为低廉。采用本方法除去石英砂中的铁可以达到经济环保的双重效应。
获奖情况及鉴定结果
- 1.在安徽大学举办的安徽省第四届挑战杯终审决赛中获安徽省“挑战杯”二等奖。 2.在安徽科技学院大学生创新课题答辩中获优秀。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物，产品；样品；图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：本方法选用对环境危害小的铵盐作为除去石英砂中铁的浮选剂，该方法除铁效率较高且在除铁过程中对环境不会产生污染，所得废液可以作为肥料直接使用。所采用的浮选药品在日常生活中较为常见并且廉价，为常用铵盐，价格便宜，经济实惠；在除铁过程中反应温度和酸碱度较为温和，不会对生产设备产生较大危害；凤阳县石英砂资源丰富，本方法对提高石英砂的利用率及石英砂产品附加值具有重要作用。 适应范围及推广前景：增加石英砂的附加值，对发展本地经济等都具有重要的意义。近年来，安徽省和凤阳县政府为了发挥凤阳县本地的石英砂资源优势，加快培育核心支柱产业的建设，决议通过围绕产业的优化升级，大力增加科技含量来提高石英砂资源的附加值。据报道凤阳县政府计划将用7年时间使全县硅产业年产值达1000亿元，成为玻璃产业内最具影响的全国性示范基地，建成“中国玻璃城”。因此，本方法具有较大的实际应用价值，对凤阳本地的经济建设也具有重要的意义。
同类课题研究水平概述
- 高纯石英砂是指石英砂中SiO2含量大于99.5—99.9％ ，Fe2O3含量小于0.005％的石英砂产品；高纯石英砂制取通常采用1—3级天然水晶石和优质天然石类，经过精心挑选，精细加工而成，粒度范围在0.0005—1mm之间。高纯石英砂所具有的独特的物理、化学特性，特别是其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律等使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振效应以及其独特的光学特性，使其在许多高科技产品如航空、航天、电子、机械以及当今飞速发展的IT产业中占有举足轻重的地位中并发挥着越来越重要的作用。目前国内外的高科技用硅市场需求旺盛，市场前景看好，可这些行业对硅的纯度要求越来越高，有的要求其含量大于99.99%以上。 目前，由于制取高纯石英砂所使用的天然水晶资源日益减少，使得用普通石英砂为原料制备高纯石英砂成为国内外研究的热点。而普通石英砂由于含有较多的铁，铝等杂质，物理除铁方法效果极其有限，这对提高石英砂的产业价值有了较大的限制，并且普通的石英砂在传统除杂过程中不可避免了产生了较多的的废液，废液中含有酸等对环境有较大危害的物质，这限制了普通石英砂的进一步利用。目前国际上石英砂提纯技术较为成熟，如美国的石英砂产品至今已报道发展到第六代，透明度为光学极，二氧化硅含量正由目前的99.999%至99,9994%发展。日本在20世纪90年代已从细粒伟品岩中分离出透明的高纯石英砂。我国的石英砂提取技术发展较晚，目前国内研究石英砂的机构有北京矿冶研究总院，中国建材研究院，秦皇岛玻璃设计研究院等，总的来说还未从根本上解决石英砂提纯问题。 在现有的生产技术中的除铁方法一般先对原料进行水洗脱泥，再采用机械擦洗、磁选、浮选、酸浸、超声波法、微生物浸出和络合等方法。虽然方法较多，但效果均不太理想：机械擦洗除铁，磁选除铁和浮选法除铁应用的领域比较广泛，适用于大规模的生产，但除铁效果不是太好，需要进一步的改进；超声波法除铁适用于对产品纯度和颗粒度要求高，用量少的生产企业，不适用于大规模生产；酸浸法除铁成本高且工艺复杂，在除铁过程中对环境的污染较为严重；微生物除铁技术还不完善，现在仍处于实验阶段。
