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高纯石英砂酸洗生产工艺

高纯石英砂酸洗生产工艺 光伏研习社
2023-10-20
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石英砂提纯的现有技术中酸洗工艺是去杂提纯的必不可少的重要环节,即酸洗是石英玻璃砂原料提纯工艺的必不可少的重要工序之一,其主要作用是去除一些溶于酸的金属氧化物和部分硅酸盐矿物。

酸洗工艺分静态酸洗和动态酸洗两种方法:静态酸洗是将石英砂放入耐酸的塑料容器内,用 HCl、HNO3、HF 组成的混合液浸泡,根据气候条件确定浸泡时间,也需要 5~7 d;而动态酸洗是将石英砂放入动态耐酸反应 釜内,加入 HCl、HNO3、HF 的三酸配比后的饱和液中进行酸洗,每吨石英砂需 600~800 kg 混合酸液,反应釜经过 55~60 ℃ 的加热,双锥反应釜自转运动时石英砂在反应釜内动态翻滚,以达到酸化均匀的目的。 

反应釜加热动态工艺




随着科学技术的进步,由原来的箱体自然温度浸取法改变为反应釜加热动态工艺技术,大大缩短酸洗反应时间,从而达到质量稳定的目的。但是目前反应釜内壁耐酸材质为聚乙烯塑料,经过加热滚塑黏附于反应釜内壁,而由于聚乙烯塑料的耐温性受到一定的限制,导致加热酸洗石英砂过程中的温 度只能在 50~60 ℃,而石英砂处于上述温度界限内时,其晶格体系还完全处于闭合状态,故此种方式的酸洗工艺仅仅只能去除石英砂表面的杂质,而晶格体系内残存的大量有害元素依然无法去除;另外饱和酸洗工艺技术的回收液含有大量有害物质,重复使用 1~2 次之后也会使酸洗效果大大降低,最终会造成无法使用的大量尾酸、废液的产生,需要采用中和处理排放,但是这种尾酸废液是三酸混合体,Cl- 、F- 、NO3 - 等成分相当复杂,很难达到排放标准,会造成严重的环境污染。
鉴于上述技术方法,传统饱和酸洗工艺在石英砂酸洗完成后将饱和酸洗尾酸排放储存,而石英砂里依然残存有大量的尾酸不能排出,残存于石英砂里的尾酸高达 25%~30%,这时只能采用加水过滤反复清洗,大量的尾酸废水进入污水处理池内需要进行中和处理。故传统的饱和酸洗工艺配比含有大量的HF,而 HF恰恰又是SiO2 的克星,两者相遇 SiO2 就会溶解,溶解后的物质为 H2SiF6。
如果石英砂在纯净水清洗不完全彻底时,就会产生微量的 H2SiF6 超细粉体,在生产石英坩埚、石英碇、气炼石英拉管时就会产生大量的微气泡,使其质量下降,或者质量根本不合格,这也是高纯石英砂在加工过程中所产生的气液包裹体的原因之一。由此可见,需要对现有的石英砂酸洗工艺进行改进,提高处理后石英砂的纯度,同时减少尾酸废水的产生,避免严重的 环境污染。

高纯石英砂酸洗提纯方法优势





有益效果在于改进的高纯石英砂酸洗提纯方法,相比现有的酸洗工艺,具有以下优点:①采用的双锥反应釜中内壁材 料为聚四氟乙烯材料,此材料不但耐各种强酸,而且使用温度可高达 120 ℃,这有利于提高石英砂在酸洗过程中的温度,使石英砂的晶格体系完全处于开口状态,有利于酸洗过程中酸液浸入石英晶格体系内部,将内部的杂质相溶解,提高酸洗后石英砂的纯度;②酸洗过程中只采用工业盐酸作为酸洗材料,几乎能与所有除 SiO2 外的杂质发生反应,同时又保障石英砂晶体不受破坏;③酸洗过程中将反应釜升温到 100~120 ℃,使反应釜的实际温度大于 100 ℃,此时石英砂在反应釜内呈蓬松状态,其晶格体系就会产生膨胀,石英砂就会产生裂纹,而反应釜里的 HCl 受到高温作用由液态变为 HCl 气态,气态HCl 进入石英砂晶格内部进行循环,与石英砂内含的杂质微 量元素 Al、Ca、Cu、Fe、K、Li、Na、Cr、Mn、Ti 等发生剧烈反应,从而能够除去固态石英砂包裹体中含有的大量的杂质元素,此方法是利用温差膨胀系数的变化,使石英砂中的杂质能充分暴露,使 HCl 气体充分浸入石英晶格体系里面与有害元素发 生反应,达到提纯石英砂的目的;④此探微技术采用工业盐酸作为酸洗材料,与石英砂中的杂质元素反应后几乎全部生成金属氯盐,在采用纯净水进行清洗酸洗后的石英砂的基础上能够溶于水溶液中,以废水的形式排除,易于进行中和处理,减少环境污染。


生产高纯石英砂采用单一盐酸不饱和提纯工艺探微技术社会效益显著,采用单一盐酸酸洗提纯高纯石英砂技术对境保护起到了积极的推广促进作用,可实现节能降耗开创一条酸洗工艺技术探微的新路,为我国高纯石英砂酸洗生产工艺技术探索出了一个新的途径,使高纯石英砂生产工艺技术有新的突破。



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