一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法

本发明涉及提纯石英砂，具体涉及一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法。

背景技术：

1、高纯石英砂是光伏、电子信息、高端光学、半导体照明等领域的核心基础材料，其sio2纯度、杂质含量、结构完整性直接决定下游产品的性能与使用寿命。目前工业上制备高纯石英砂主要以天然石英矿为原料，通过破碎、焙烧、磁选、酸浸等工艺去除石英晶格及表面的铝、铁、钙、镁、碱金属等杂质，实现矿物提纯。

2、传统高纯石英砂制备多依赖氢氟酸（hf）或含氟盐类作为浸出助剂。氟离子虽能有效破坏硅氧键，但废液处理成本高昂，更对反应釜、管道等金属材质造成剧烈晶间腐蚀，大幅增加了工业化生产的设备维护门槛与安全风险，为此，针对上述描述中提出的问题，本发明提出一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，包括以下步骤：

4、s1、将草酸和改性水杨酸加入甲醇，搅拌至完全溶解，加入氯化铁，搅拌溶解得到酸液，将石英砂加入酸液中，在50-55℃密封条件下反应3-4h，反应结束后冷却至室温，用去离子水清洗至滤液ph为6-7，得到酸浸石英砂。

5、s2、将酸浸石英砂与改性氯化剂混合，在微波焙烧炉中进行焙烧，设定微波频率为2.4-2.5ghz，焙烧温度为850-950℃，保温时间为2-3h，升温速率为15-20℃/min，焙烧结束后，冷却至室温，用去离子水洗涤ph至6-7，得到高纯石英砂。

6、其中，改性水杨酸通过以下步骤制得：

7、s11、将水杨酸、二异丙基亚磷酸酯、二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶加入二氯甲烷中，混合后置于微波反应器中，设置辐射功率800-850w，室温反应3-4h。

8、s12、反应结束后，过滤得到滤液，将滤液减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物，粗产物经纯化后得到膦酸酯衍生物。

9、s13、将膦酸酯衍生物溶于hcl溶液中，60-65℃搅拌水解2-2.5h，水解完成后，用去离子水洗涤、过滤、真空干燥，得改性水杨酸。

10、进一步的，所述s2中改性氯化剂通过以下步骤制得：

11、s21、将氯化铵和硫酸铵研磨混合25-30min得到混合盐，将混合盐溶于去离子水中，在50-60℃下搅拌至完全溶解得到混合盐溶液，将硝酸铈和硝酸镧溶于去离子水中得到稀土溶液，将稀土溶液滴入复合盐溶液中，搅拌25-30min得到混合溶液。

12、s22、将混合溶液在80-90℃下蒸发结晶，待水分完全蒸干后，取出结晶产物，将结晶产物干燥、研磨、过筛，得到复合盐粉末。

13、s23、将复合盐粉末溶于去离子水中，在50-60℃下搅拌溶解，加入活性炭粉超声分散15-20min后得到悬浊液，将悬浊液进行喷雾造粒得到复合颗粒，将复合颗粒在氮气保护下，以3-5℃/min升温至300-320℃，保温25-30min得到改性氯化剂。

14、进一步的，所述s1中草酸、改性水杨酸、甲醇与氯化铁的质量份数比为1：（0.6-0.8）：（30-40）：（0.04-0.08），石英砂与酸液的质量份数比为1：（4-6）。

15、进一步的，所述s2中酸浸石英砂与改性氯化剂的质量份数比为1：（0.04-0.06）。

16、进一步的，所述s11中水杨酸、二异丙基亚磷酸酯、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶与二氯甲烷的质量份数比为1：（0.95-1.05）：（1.1-1.3）：（0.1-0.2）：（2-3）。

17、进一步的，所述s13中膦酸酯衍生物与hcl溶液的质量份数比为1：（2-3）。

18、进一步的，所述s21中氯化铵与硫酸铵的质量份数比为1：（0.4-0.5），混合盐与去离子水的质量份数比为1：（2-3）。

19、进一步的，所述s21中硝酸铈、硝酸镧与去离子水的质量份数比为1：（0.6-0.7）：（60-80），稀土溶液与复合盐溶液的质量份数比为1：（8-12）。

20、进一步的，所述s23中复合盐粉末、去离子水与活性炭粉的质量份数比为1：（1.2-1.8）：（0.08-0.12）。

21、进一步的，所述s23中工艺参数为进口温度180℃，出口温度80-85℃，进料速率5-10ml/min，雾化压力0.2-0.3mpa。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、1.本发明中改性水杨酸通过引入含孤对电子的膦酸酯基团（p=o与p-oh），在微波辅助加热条件下即能原位螯合草酸-氯化铁体系中的fe3+，具有更强氧化-络合协同效应，能够特异性地攻击石英解理面中杂质原子的悬空键，在不依赖氟离子刻蚀的前提下，显著降低石英骨架内al3+、fe3+等类质同象取代杂质的脱除活化能，使常规酸浸无法触及的结构性杂质在液相阶段即被预活化和预剥离，有效避免了单纯物理酸洗的反复无效操作。

24、2.本发明中改性氯化剂以活性炭为多孔载体与微波吸收介质，将稀土硝酸盐与氯化铵/硫酸铵共结晶后负载其中，在微波焙烧阶段，活性炭产生的热电效应与稀土元素的4f电子轨道催化协同，延迟了氯化剂主体的集中爆裂分解，将有效氯释放窗口期延长，这一机制确保焙烧全程维持充足且稳定的高活性氯自由基浓度，迫使酸浸后残存的、位于闭口气孔内的杂质（如碱金属氯化物及过渡金属络合物）持续向高蒸汽压气相转化并及时逸出，杜绝了传统工艺因氯化剂挥发殆尽而被迫过度升温引发的高温物相劣化风险。

1.一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，所述s2中改性氯化剂通过以下步骤制得：

3.根据权利要求1所述的一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，所述s1中草酸、改性水杨酸、甲醇与氯化铁的质量份数比为1：（0.6-0.8）：（30-40）：（0.04-0.08），石英砂与酸液的质量份数比为1：（4-6）。

4.根据权利要求1所述的一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，所述s2中酸浸石英砂与改性氯化剂的质量份数比为1：（0.04-0.06）。

5.根据权利要求1所述的一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，所述s11中水杨酸、二异丙基亚磷酸酯、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶与二氯甲烷的质量份数比为1：（0.95-1.05）：（1.1-1.3）：（0.1-0.2）：（2-3）。

6.根据权利要求1所述的一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，所述s13中膦酸酯衍生物与hcl溶液的质量份数比为1：（2-3）。

7.根据权利要求2所述的一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，所述s21中氯化铵与硫酸铵的质量份数比为1：（0.4-0.5），混合盐与去离子水的质量份数比为1：（2-3）。

8.根据权利要求2所述的一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，所述s21中硝酸铈、硝酸镧与去离子水的质量份数比为1：（0.6-0.7）：（60-80），稀土溶液与复合盐溶液的质量份数比为1：（8-12）。

9.根据权利要求2所述的一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，所述s23中复合盐粉末、去离子水与活性炭粉的质量份数比为1：（1.2-1.8）：（0.08-0.12）。

10.根据权利要求2所述的一种无氟有机酸协同浸出提纯石英砂的方法，其特征在于，所述s23中工艺参数为进口温度180℃，出口温度80-85℃，进料速率5-10ml/min，雾化压力0.2-0.3mpa。