摘 要

利用光学显微镜、电子探针、电感耦合等离子发射光谱等测试手段，对湖北某石英矿进行了杂质矿物赋存状态及分离纯化研究。探讨了80℃常压浸出时，硫酸浓度、氢氟酸浓度、反应时间对杂质元素去除和石英砂粒度的影响；200℃热压浸出时，硫酸浓度、氢氟酸浓度、硫酸铵用量、反应时间对杂质元素去除和石英砂粒度的影响；将酸-盐浸出体系引入到石英砂的选矿提纯中。

结果表明：常压酸浸出的最佳条件为硫酸浓度为3mol/L，氢氟酸浓度为0.5mol/L，硫酸铵用量为1.3g，反应时间4h；精矿中Fe、K、Al元素的含量分别降至(μg/g): 1.648，6.058，53.66。热压酸浸出的最佳条件为硫酸浓度为1mol/L，氢氟酸浓度为0.33mol/L，反应时间2h；精矿中Fe、K、Al元素的含量分别降至(μg/g): 1.703，2.625，43.78。

关键词：石英砂；硫酸；硫酸铵；酸浸出

Abstract

By means of optical microscope, electron probe, inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, the occurrences and removal of impurities in a quartz mine from Hubei were studied. The effect of concentration of sulfuric acid and hydrofluoric acid, reaction time on quartz sand grain size and removal of impurities were discussed when temperature was 80; The influence of concentration of sulfuric acid and hydrofluoric acid, ammonium sulfate dosage, reaction time on quartz sand grain size and removal of impurities were also discussed when temperature was 200. For the first time, the acid-salt leaching system was introduced into the processing and purification of quartz sand.

The results showed that the optimum conditions of acid leaching at normal temperature for the 3mol/L sulfuric acid concentration, 0.5mol/L hydrofluoric acid and 4h reaction time. The contents of Fe, Al and K were (μg/g): 1.648, 6.058, 53.66. Optimum conditions of hot acid leaching for 1mol/L sulfuric acid, 0.33mol/L hydrofluoric acid, 1.3g ammonium sulfate dosage and reaction time is 2 hour. The contents of Fe, Al and K elements were (μg/g): 1.703, 2.625, 43.78.

Key Words：quarzt sand; sulfuric acid;ammonium sulfate dosage；acid leaching

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 高纯石英砂制备现状 1

1.2.1 高纯石英砂制备技术现状 1

1.2.2 常压酸浸出工艺简介 2

1.2.3 热压酸浸出工艺简介 2

1.3 研究的目的、意义及内容 2

1.3.1 研究的目 3

1.3.2 研究意义 3

1.3.3 研究内容 3

第2章 试验仪器、药剂与方法 4

2.1 试验仪器 4

2.2 实验药剂 4

2.3 试验方法 4

2.3.1 试验研究方法 4

2.3.2 试验测试方法 5

第3章 石英砂矿物学研究 7

3.1 光学显微镜分析 7

3.2 电子探针分析 7

3.3 小结 8

第4章 酸浸出试验制备高纯石英砂 9

4.1 常压酸浸出制备高纯石英砂 9

4.1.1硫酸浓度对杂质元素含量的影响 9

4.1.2 氢氟酸浓度对杂质元素含量的影响 10

4.1.3 反应时间对杂质元素含量的影响 11

4.1.4杂质元素去除率 12

4.2 热压酸浸出制备高纯石英砂 13

4.2.1硫酸浓度对杂质元素含量的影响 13

4.2.2硫酸铵用量对杂质元素含量的影响 14

4.2.3氢氟酸浓度对杂质元素含量的影响 15

4.2.4反应时间对杂质元素含量的影响 16

4.2.5杂质元素去除率 17

第5章 结论 18

参考文献 19

致 谢 20

第1章 绪论

本章主要介绍前人对石英矿物工艺的研究，检测技术的研究，常压酸浸出工艺的研究，热压浸出工艺的研究以及高纯石英砂制备的现状。

1.1研究背景

高纯石英砂作为战略性产品，在闻民经济中起到越来越重要的作用^[1]，为了缓解我国天然水晶资源含量的稀缺，我国开展了提纯制备高纯石英砂的试验，来满足在高科技领域内的用硅需求，这项试验研究对于国民经济建设具有很重要的意义^[2]。在制备石英坩埚和石英玻璃等产品时，其主要原料就是高纯度的石英砂，而且利用石英砂来制备出的高档产品被广泛的应用在大规模的集成电路以及超大规模的集成电路、激光、光纤、太阳能电池、军事、航天等行业中。不断地发展现代科技对石英玻璃的需求正在不断提高，但制作石英玻璃的原料天然水晶已经快要枯竭了，这严峻的情况促使人们探索用普通石英来替代天然水晶来制造石英玻璃^[3]。

(1)石英砂的成分

SiO₂是石英的化学成分，是三方晶系的氧化物矿物晶体。石英族矿物里分布最为广的一个矿物种是a-石英（低温石英），低温石英的晶体是带尖顶六方柱状，六方柱柱面有横纹，它的尖顶类似于六方双锥状，是由两个菱面体单形所形成的。石英的集合体通常以粒状、块状晶簇、晶腺等形式存在。纯净石英具有玻璃光泽且无色透明，具有油脂光泽的贝壳状断口，无解理。当受到压力的作用或受热能的影响时会产生电效应^[4]。

(2)石英砂的应用范围