RU2705950C1 - Способ химической очистки природного кварцевого сырья, аппарат для осуществления способа и зерно, полученное согласно способу - Google Patents
Способ химической очистки природного кварцевого сырья, аппарат для осуществления способа и зерно, полученное согласно способу Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705950C1 RU2705950C1 RU2018136963A RU2018136963A RU2705950C1 RU 2705950 C1 RU2705950 C1 RU 2705950C1 RU 2018136963 A RU2018136963 A RU 2018136963A RU 2018136963 A RU2018136963 A RU 2018136963A RU 2705950 C1 RU2705950 C1 RU 2705950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- less
- reactor
- quartz
- hydrofluoric acid
- grains
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 75
- 239000010453 quartz Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- -1 further Chemical compound 0.000 claims abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 24
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 19
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 5
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 10
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical class Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 235000011167 hydrochloric acid Nutrition 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 2
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000004063 acid-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/28—Moving reactors, e.g. rotary drums
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
- C03C1/02—Pretreated ingredients
- C03C1/022—Purification of silica sand or other minerals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической очистке природного кварцевого сырья кислотным травлением и может быть использовано в составе технологии получения высокочистых кварцевых концентратов для светотехнической, оптической отрасли промышленности, включая фотовольтаику. Способ включает обработку зерен кварца раствором плавиковой кислоты в течение времени, достаточного для достижения заданного критерия годности кварцевого сырья, с последующей промывкой очищенных зерен деионизированной водой, осуществляемые в герметичном вращающемся реакторе с горизонтально ориентированной центральной осью при непрерывном отведении паров плавиковой кислоты, образующихся при повышении температуры в реакторе выше комнатной. Отведение паров ведут через газоотводящий патрубок, расположенный в полости вала вращения реактора соосно его оси, при этом реактор вращают в течение времени, достаточного для достижения заданного критерия годности кварцевого сырья, далее останавливают, удаляют отработанную плавиковую кислоту, после этого в реактор подают деионизированную воду и запускают его вращение на время, достаточное для отмывки зерен кварца от остатков раствора плавиковой кислоты и продуктов растворения. Аппарат для осуществления способа содержит герметичный реактор 1, оснащенный средствами 6 для подачи кислотного раствора и деионизированной воды. Реактор 1 выполнен с возможностью вращения относительно горизонтально ориентированной центральной оси 10 и смонтирован на полом валу 9, внутри которого соосно его оси расположен газоотводящий патрубок 7 для отведения паров плавиковой кислоты, образующихся при повышении температуры в реакторе выше комнатной. Зерно кварца, очищенное согласно способу, содержит в качестве элементов–загрязнителей в ppm: менее 5 алюминия, менее 0,3 кальция, менее 0,3 железа, менее 0,5 натрия, менее 03, калия, менее 0,4 лития, менее 0,02 меди, менее 0,02 хрома, менее 0,02 никеля, менее 0,02 марганца, менее 0,1 бора. Изобретение направлено на повышение эффективности очистки и достижение показателей чистоты готового продукта, удовлетворяющих требованиям современной полупроводниковой промышленности, достигаемых в более простом устройстве. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.
Description
Область техники
Группа изобретений относится к химической очистке предварительно очищенного природного кварцевого сырья путем кислотного травления и может быть использована в составе технологии получения высокочистых кварцевых концентратов, из которых после дальнейшей сушки, прокаливания и контрольной магнитной сепарации можно изготавливать заготовки или конечные изделия для светотехнической, оптической и других отраслей промышленности, включая промышленность фотовольтаики.
Предшествующий уровень техники
Известны способы химической очистки природного кварца с помощью неорганических кислот. Это, например, способ обогащения кварцевого сырья с помощью смеси соляной и плавиковой кислот при температуре не выше 20°С [1]. Для освобождения от реагентов и примесных включений зерна кварца в данном способе подвергают оттирке под действием ультразвука.
Известен также способ получения высокочистого концентрата из природного кварца, в котором поверхность кварцевых зерен подвергают кислотной обработке в среде 10-15%-ной плавиковой кислоты или в смеси плавиковой и соляной кислот вышеуказанной концентрации [2]. Для повышения эффективности очистки перед кислотной обработкой зерна кварца подвергают микроволновой декрипитации.
В способе обогащения природного кварцевого сырья [3] кислотную обработку осуществляют в 20-30% ном растворе одной плавиковой кислоты в течение 50-60 минут, а для промывки очищенных зерен кварца используют деионизированную воду. Для достижения более глубокой очистки с содержанием примесей 31-36 ppm, удовлетворяющим требованиям ТУ для плавки прозрачного кварцевого стекла, в данном способе применяют энергетическое воздействие на крупку кварца СВЧ-полями. Для интенсификации очистки сильно загрязненного природного кварца применяют двукратное проведение энергетического воздействия СВЧ-полями в определенном диапазоне в сочетании с магнитной сепарации в различных полях, позволяющих повысить эффективность обогащения кварца и получать продукт глубокой очистки.
К недостаткам вышеуказанных способов можно отнести их сложную аппаратную реализацию, использование смесей кислот, затрудняющее их повторное использование и утилизацию отработанных растворов, что ведет к удорожанию процесса очистки, а также необходимость предварительной обработки кварцевого зерна, например, СВЧ-полями или ультразвуком.
Известно, что интенсификация процесса растворения зерен минералов-примесей и сростков достигается при повышении температуры раствора и перевода его в пар [4]. Здесь указано, что при использовании в качестве растворителя концентрированного раствора плавиковой и соляной кислот в объемном отношении 1:0,85 в результате экзотермической реакции плавиковой кислоты с кварцевой крупкой происходит разогрев пульпы до кипения жидкой фазы. Дальнейшая интенсификация процесса достигается удалением из смеси жидкой фазы и обработкой кварцевого сырья в кислотном паре. При этом достигается температура 120°С, что является решающим фактором для удаления примесей из кварцевого сырья. В этой же книге указано, что внедрение химического обогащения кварца проводилось с применением одной плавиковой кислоты, как основного активного агента в смесях кислот, которая уже в первом цикле кислотной обработки вырождается на 40-50% с образованием кремнефтористоводородной кислоты. Соляная кислота практически в реакциях не участвует и сбрасывается в сточные воды без изменения первоначальной концентрации. Данный способ химического обогащения кварцевого сырья с помощью одной плавиковой кислоты принят в качестве прототипа заявленному способу.
Из книги [4] известен также аппарат для высокотемпературного химического обогащения кварцевого сырья. Аппарат содержит реактор, состоящий из двух, соединенных между собой цилиндрических сосудов, и снабжен вентилями, шланговыми затворами, кислотным трубопроводом для перемещения кислотного раствора в соответствующий сосуд. Аппарат работает следующим образом. Закипая, реакционная смесь из кварцевой крупки и кислотного раствора, создает внутри одного из сосудов избыточное давление, под действием которого кислотный раствор через фильтр по трубопроводу поступает в другой сосуд. Далее температура реакционной смеси продолжает возрастать и обработка кварцевого сырья уже идет в атмосфере кислотного пара. После 30-40 минутной выдержки в этом сосуде в него заливают деионизированную воду и обогащенное сырье вымывают через шланговый затвор. В сосуд с кислотным раствором добавляют свежий раствор до требуемого объема и процесс обогащения повторяют. В результате высокотемпературного химического обогащения кварцевого сырья в концентрированных кислотных парах полностью удаляются пленочные загрязнения и полевые шпаты, а также значительная часть минералов-примесей тяжелой фракции до критерия годности кварцевого сырья для получения кварцевого стекла.
К недостаткам данного способа можно отнести сложную аппаратную реализацию, связанную с высокой температурой и давлением агрессивного пара плавиковой кислоты внутри реактора. К недостаткам аппарата для реализации данного способа относится наличие внутренних конструкций, износ которых в условиях крайне агрессивной среды может приводить к снижению времени работы аппарата и загрязнению кварцевого сырья.
Известен сорт кварцевого концентрата КГО-5 высокой чистоты (глубоко обогащенный), предназначенный для производства изделий из прозрачного кварцевого стекла. В качестве элементов-загрязнителей зерно этого концентрата содержит в ppm: не более 8 алюминия, не более 0,4 кальция, не более 0,4 железа, не более 1,0 натрия, не более 0,6 калия, не более 0,4 лития, не более 0,05 меди, не более 0,15 магния, не более 1,5 титана, не более 0,1 марганца. Качество данного зерна не соответствует требованиям современной полупроводниковой промышленности и промышленности фотовольтаики, прежде всего в связи с большим содержанием щелочных металлов (литий, натрий, калий), а также меди, марганца и железа. Кроме того, в этом зерне не нормируется содержание хрома, никеля и бора, то есть элементов, требование к содержанию которых является одним из определяющих в полупроводниковой промышленности и промышленности фотовольтаики.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача разработки более экономичного и более экологичного способа химической очистки природного кварцевого сырья, а также конструктивно простого устройства для осуществления этого способа, позволяющих повысить эффективность очистки и достичь показателей чистоты готового продукта, удовлетворяющих требованиям современной полупроводниковой промышленности и промышленности фотовольтаики.
Для этого заявленный способ химической очистки природного кварцевого сырья, как и прототип, включает обработку зерен кварца раствором плавиковой кислоты в течение времени, достаточного для достижения заданного критерия годности кварцевого сырья с последующей промывкой очищенных зерен деионизированной водой, осуществляемые в реакторе. Способ отличается тем, что обработку зерен кварца кислотным раствором и промывку очищенных зерен деионизированной водой ведут в герметичном вращающемся реакторе с горизонтально ориентированной центральной осью при непрерывном отведении паров плавиковой кислоты, образующихся при повышении температуры в реакторе выше комнатной, отведение паров ведут через газоотводящий патрубок, расположенный в полости вала вращения реактора соосно его оси, при этом реактор вращают в течение времени, достаточного для достижения заданного критерия годности кварцевого сырья, далее останавливают, удаляют отработанную плавиковую кислоту, после этого в реактор подают деионизированную
воду и запускают его вращение на время, достаточное для отмывки зерен кварца от остатков раствора плавиковой кислоты и продуктов растворения.
воду и запускают его вращение на время, достаточное для отмывки зерен кварца от остатков раствора плавиковой кислоты и продуктов растворения.
Для реализации способа предложен аппарат для химической очистки природного кварцевого сырья, который, как и прототип, содержит реактор, оснащенный средствами для подачи кислотного раствора и деионизированной воды. Заявленный аппарат отличается тем, что реактор выполнен герметичным, с возможностью вращения относительно горизонтально ориентированной центральной оси и смонтирован на полом валу, внутри которого соосно его оси расположен газоотводящий патрубок для отведения паров плавиковой кислоты, образующихся при повышении температуры в реакторе выше комнатной.
В качестве формы, наиболее оптимальной для вращения, корпус реактора выполнен из двух конусообразных частей, сообщающихся основаниями.
Зерно, очищенное заявленным способом в аппарате заявленной конструкции, в качестве элементов загрязнителей содержит в ppm: менее 5 алюминия, менее 0,3 кальция, менее 0,3 железа, менее 0,5 натрия, менее 0,3 калия, менее 0,4 лития, менее 0,02 меди, менее 0,02 хрома, менее 0,02 никеля, менее 0,02 марганца, менее 0,1 бора.
Во время обработки зерен кварца раствором плавиковой кислоты в герметичном вращающемся реакторе происходит непрерывное перемешивание пульпы, состоящей из зерен кварца (твердой фазы) и раствора плавиковой кислоты (жидкой фазы), что обеспечивает максимальную эффективность растворения загрязнений в плавиковой кислоте. Полученные продукты растворения удаляются путем удаления жидкой фазы пульпы и последующей промывкой деионизированной водой внутри реактора. За счет герметичной конструкции реактора экзотермическая реакция растворения загрязнений и кварца в растворе HF ведет к повышению температуры в реакторе до 50-70 градусов Цельсия, что увеличивает эффективность способа очистка без дополнительных затрат на подогрев кислоты. Образующиеся при этом пары HF удаляются через газоотводный патрубок, расположенный внутри полого вала вращения реактора соосно его оси.
Предложенный способ предполагает использование только одного вида кислоты, при этом разогрев пульпы происходит самопроизвольно за счет экзотермических процессов растворения, что существенно удешевляет процесс очистки. Таким образом, эффективность очистки увеличивается за счет комбинации следующих факторов:
- самопроизвольного разогрева пульпы и поддержания температуры за счет герметичности реактора;
- интенсивного перемешивания пульпы во время очистки, обеспечивающего непрерывный контакт поверхности зерен с непрореагировавшей HF;
- механической аттрикции зерен кварца друг о друга в процессе непрерывного перемешивания пульпы, состоящей из зерен кварца и раствора плавиковой кислоты, усиливающей эффективность растворения и удаления загрязнений с поверхности зерен кварца;
- отсутствия каких-либо внутренних конструкций либо механизмов внутри реактора, что исключает появление технологических загрязнений в процессе очистки.
Снижение затрат на используемые реагенты/кислоты и энергию, сокращение ассортимента используемых реагентов/кислот, возможность повторного использования отработанного раствора плавиковой кислоты, минимизация возможности утечки паров HF либо раствора HF в окружающую среду, а также минимизация возможности технологического загрязнения очищаемого зерна способствуют эффективности очистки кварцевого сырья при повышении энергоэффективности и экологичности заявленного способа и снижении уровня примесей в кварцевом концентрате до требований, предъявляемых полупроводниковой промышленностью, включая промышленность фотовольтаики.
Зерно, очищенное заявленным способом в заявленном аппарате, содержащее в качестве элементов загрязнителей в ppm: менее 5 алюминия, мене 0,3 кальция, менее 0,3 железа, менее 0,5 натрия, менее 0,3 калия, менее 0,4 лития, менее 0,02 меди, менее 0,02 хрома, менее 0,02 никеля, менее 0,02 марганца, менее 0,1 бора, удовлетворяет требованиям современной полупроводниковой промышленности и промышленности фотовольтаики.
Новый технический результат, достигаемый заявленной группой изобретений, заключается в повышении эффективности очистки и достижении показателей чистоты готового продукта, удовлетворяющих требованиям современной полупроводниковой промышленности, включая промышленность фотовольтаики, достигаемых в более простом устройстве.
Краткое описание чертежей
Группа изобретений иллюстрируется рисунком, где на фиг. 1 изображен аппарат для очистки зерен кварцевого сырья; на фиг. 2 - вал реактора с газоотводящим патрубком. В таблице приведен исходный уровень загрязнения в очищаемых концентратах и уровень загрязнений в готовом продукте.
Осуществление изобретений
Заявленный аппарат содержит герметичный вращающийся реактор 1 корпус которого выполнен в форме двух конусообразных частей, сообщающихся основаниями. Реактор имеет загрузочное окно 2 и разгрузочное окно 3, оснащенные для обеспечения его герметичности соответствующими крышками 4 и 5. Реактор имеет также патрубок для подачи кислоты и деионизированной воды 6, газоотводящий патрубок 7, расположенный в полости 8 вала вращения 9 реактора 1 соосно его оси 10. В разгрузочную крышку 5 встроен патрубок для оттяжки жидкой фазы пульпы 11. Реактор размещен на станине 12с приводом, обеспечивающим его вращение (не показан). Корпус и детали реактора выполнены из полипропилена с целью защиты от агрессивного воздействия плавиковой кислоты и минимизации загрязнений за счет истирания кварцем. Реактор может быть выполнен из другого кислотоупорного материала, например, фторопласта, либо металла, футерованного кислотоупорным покрытием.
Процесс очистки осуществляют следующим образом. Предварительно очищенный кварцевый концентрат природного происхождения, например, камерный продукт флотации, загружается в реактор 1 через загрузочное окно 2 и закрывается загрузочной крышкой 4. Через патрубок 6 подается раствор плавиковой кислоты в объеме и концентрации согласно технологическому режиму, затем патрубок 6 закрывается. С помощью привода 12 реактор вращается в течение времени, достаточном для очистки зерен кварца до заданного критерия годности кварцевого сырья. По окончании этого времени вращение останавливают, через патрубок 11 с помощью вакуум-насоса производят оттяжку жидкой фазы (отработанной плавиковой кислоты) в промежуточную емкость, откуда она может быть использована повторно. Затем в реактор через патрубок 6 подают заданный согласно технологическому режиму объем деионизированной воды и запускают повторное вращение реактора на заданное время, достаточное для отмывки зерен кварца от остатков раствора плавиковой кислоты и продуктов растворения. По окончании вращения промывную воду удаляют с помощью вакуум-насоса через патрубок 11, реактор устанавливают в положение с разгрузочным окном 3 вниз, снимают разгрузочную крышку 5, очищенные зерна кварца разгружают в промывочный конус, где промывают деионизированной водой до достижения нейтрального показателя pH. Во время очистки за счет экзотермической реакции растворения кварца в плавиковой кислоте происходит разогрев пульпы до температуры 50-70 градусов. Поскольку при повышении температуры выше комнатной начинается интенсивное выделение паров плавиковой кислоты, во избежание разрушения реактора из-за избыточного давления, они отводятся из реактора через газоотводящий патрубок 7 и нейтрализуются в скруббере.
Пример.
В реактор загружают 500 кг камерного продукта флотации природного кварца жилы 175 Кыштымского месторождения (исходный продукт). Затем в реактор заливают 150 литров 32% раствора плавиковой кислоты и запускают вращение реактора. Продолжительность процесса очистки - 90 минут. По окончании процесса очистки отработанную кислоту удаляют вакуум-насосом в ресивер. Затем добавляют 380 литров деионизированной воды и в течение 30 минут осуществляют промывку. По окончании промывки промывочную воду удаляют вакуум-насосом, а очищенные зерна кварца (готовый продукт) выгружают из реактора в промывочный конус. Результаты очистки согласно способу отражены в таблице, в которой приведен исходный уровень загрязнения в очищаемых концентратах в столбце «Исходный продукт», а также уровень загрязнений в готовом продукте в столбце «Готовый продукт». Данные таблицы показывают, что зерна кварца, полученные в результате очистки, пригодны для изготовления кварцевого стекла, применяемого в полупроводниковой, светотехнической, оптической и других отраслях промышленности, включая промышленность фотовольтаики.
Источники информации
1. RU 2353578, публ. 27.04.2009.
2. RU 2431601, публ. 20.10.2011.
3. RU 2483024, публ. 27.05.2012.
4. «Минералургия жильного кварца» / Кыштымский горно-обогатительный комбинат; под ред. В.Г. Кузьмина, Б.Н. Кравца. - М.: НЕДРА, 1990.
5. ТУ-57-2632-002-18123370-97.
Таблица
| Элемент |
Исходный продукт,
Содержание примесей, не более ppm |
Готовый продукт,
Содержание примесей, не более ppm |
| Алюминий (Al) | 20 | 5 |
| Кальций (Ca) | 5 | 0,3 |
| Железо (Fe) | 3 | 0,3 |
| Натрий (Na) | 9 | 0,5 |
| Калий (K) | 5 | 0,3 |
| Литий (Li) | 1 | 0,4 |
| Медь (Cu) | 0,3 | 0,02 |
| Хром (Cr) | 0,3 | 0,02 |
| Никель (Ni) | 0,3 | 0,02 |
| Марганец (Mn) | 0,3 | 0,02 |
| Бор (В) | 0,2 | 0,1 |
Claims (4)
1. Способ химической очистки природного кварцевого сырья, включающий обработку зерен кварца раствором плавиковой кислоты в течение времени, достаточного для достижения заданного критерия годности кварцевого сырья, с последующей промывкой очищенных зерен деионизированной водой, осуществляемые в реакторе, отличающийся тем, что обработку зерен кварца кислотным раствором и промывку очищенных зерен деионизированной водой ведут в герметичном вращающемся реакторе с горизонтально ориентированной центральной осью при непрерывном отведении паров плавиковой кислоты, образующихся при повышении температуры в реакторе выше комнатной, отведение паров ведут через газоотводящий патрубок, расположенный в полости вала вращения реактора соосно его оси, при этом реактор вращают в течение времени, достаточного для достижения заданного критерия годности кварцевого сырья, далее останавливают, удаляют отработанную плавиковую кислоту, после этого в реактор подают деионизированную воду и запускают его вращение на время, достаточное для отмывки зерен кварца от остатков раствора плавиковой кислоты и продуктов растворения.
2. Аппарат для химической очистки природного кварцевого сырья, содержащий реактор, оснащенный средствами для подачи кислотного раствора и деионизированной воды, отличающийся тем, что реактор выполнен герметичным, с возможностью вращения относительно горизонтально ориентированной центральной оси и смонтирован на полом валу, внутри которого соосно его оси расположен газоотводящий патрубок для отведения паров плавиковой кислоты, образующихся при повышении температуры в реакторе выше комнатной.
3. Аппарат по п. 2, отличающийся тем, что корпус реактора выполнен в форме двух конусообразных частей, сообщающихся основаниями.
4. Зерно кварца, очищенное согласно способу по п. 1, содержащее в качестве элементов–загрязнителей алюминий, кальций, железо, натрий, калий, литий, медь, марганец, отличающееся тем, что в качестве элементов–загрязнителей зерно содержит в ppm: менее 5 алюминия, менее 0,3 кальция, менее 0,3 железа, менее 0,5 натрия, менее 03, калия, менее 0,4 лития, менее 0,02 меди, менее 0,02 хрома, менее 0,02 никеля, менее 0,02 марганца, менее 0,1 бора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136963A RU2822489C1 (ru) | 2018-10-21 | Способ химической очистки природного кварцевого сырья, аппарат для осуществления способа и зерно, полученное согласно способу |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136963A RU2822489C1 (ru) | 2018-10-21 | Способ химической очистки природного кварцевого сырья, аппарат для осуществления способа и зерно, полученное согласно способу |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2705950C1 true RU2705950C1 (ru) | 2019-11-12 |
| RU2822489C1 RU2822489C1 (ru) | 2024-07-08 |
Family
ID=
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112938988A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-11 | 蕲春县昌兴石英设备有限公司 | 一种酸洗制备高纯度石英砂的方法 |
| CN114195159A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-18 | 龙川县明昊石英新材料有限公司 | 一种以鹅卵石为原料制备高纯石英砂的工艺方法 |
| CN115488096A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-12-20 | 内蒙古兴固科技有限公司 | 一种石英砂过滤提纯设备 |
| RU2802887C1 (ru) * | 2022-12-15 | 2023-09-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Полимет Трейдинг" | Установка для очистки кварцита |
| CN117244514A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-19 | 苏州晶固新材料科技有限公司 | 一种石英矿石除杂质提纯设备及其使用方法 |
| CN118908229A (zh) * | 2024-10-11 | 2024-11-08 | 湖南省中晟热能科技有限公司 | 一种石英砂微波提纯装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1350121A1 (ru) * | 1986-03-03 | 1987-11-07 | Организация П/Я А-3125 | Способ очистки кварцевого сырь |
| RU2198138C2 (ru) * | 1999-05-07 | 2003-02-10 | Хераеус Кварцглас Гмбх Унд Ко. Кг | СПОСОБ ОЧИСТКИ ЧАСТИЦ SiO2, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА И ЗЕРНО, ПОЛУЧЕННОЕ СОГЛАСНО СПОСОБУ |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1350121A1 (ru) * | 1986-03-03 | 1987-11-07 | Организация П/Я А-3125 | Способ очистки кварцевого сырь |
| RU2198138C2 (ru) * | 1999-05-07 | 2003-02-10 | Хераеус Кварцглас Гмбх Унд Ко. Кг | СПОСОБ ОЧИСТКИ ЧАСТИЦ SiO2, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА И ЗЕРНО, ПОЛУЧЕННОЕ СОГЛАСНО СПОСОБУ |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ZHANG Q. D. et al., Experimental Research on Preparation Technics of High-Purity Quartz Material, "Key Engineering Materials", 2017, Vol. 748, pp. 17-21. * |
| Минералургия жильного кварца, Кыштым. горн.-обогат. комб., Под ред. В. Г. КУЗЬМИНА, Б. Н. КРАВЦА, М., Недра, 1990, 293 стр. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112938988A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-11 | 蕲春县昌兴石英设备有限公司 | 一种酸洗制备高纯度石英砂的方法 |
| CN114195159A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-18 | 龙川县明昊石英新材料有限公司 | 一种以鹅卵石为原料制备高纯石英砂的工艺方法 |
| CN115488096A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-12-20 | 内蒙古兴固科技有限公司 | 一种石英砂过滤提纯设备 |
| CN115488096B (zh) * | 2022-09-23 | 2024-03-22 | 内蒙古兴固科技有限公司 | 一种石英砂过滤提纯设备 |
| RU2802887C1 (ru) * | 2022-12-15 | 2023-09-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Полимет Трейдинг" | Установка для очистки кварцита |
| CN117244514A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-19 | 苏州晶固新材料科技有限公司 | 一种石英矿石除杂质提纯设备及其使用方法 |
| CN118908229A (zh) * | 2024-10-11 | 2024-11-08 | 湖南省中晟热能科技有限公司 | 一种石英砂微波提纯装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20110007092A (ko) | 전자 재료용 세정수, 전자 재료의 세정 방법 및 가스 용해수의 공급 시스템 | |
| TW202108499A (zh) | 用於清除廢硫酸內的過氧化氫的活性碳催化劑分解方法 | |
| CN115403049A (zh) | 一种石英砂的提纯方法及提纯系统 | |
| CN115465866A (zh) | 一种高纯石英砂精制工艺及高纯石英砂 | |
| CN101855030A (zh) | 液体残余物通过侵蚀的水溶液清洗 | |
| CN103964445B (zh) | 一种石英砂酸洗循环综合利用处理方法 | |
| RU2705950C1 (ru) | Способ химической очистки природного кварцевого сырья, аппарат для осуществления способа и зерно, полученное согласно способу | |
| RU2822489C1 (ru) | Способ химической очистки природного кварцевого сырья, аппарат для осуществления способа и зерно, полученное согласно способу | |
| KR950002347B1 (ko) | 철광석 환원설비의 가스세정시스템의 세척수 처리방법 | |
| CN216825000U (zh) | 一种金属锂提纯废渣处理装置 | |
| KR100354953B1 (ko) | 반도체웨이퍼건조방법및장치 | |
| CN102110560A (zh) | 含汞废灯管无害化处理方法 | |
| CN110980725B (zh) | 去除金刚石物料中金属杂质和残余石墨的方法 | |
| JPH07187900A (ja) | シリコン材料の湿式化学処理のための方法および装置 | |
| KR102274386B1 (ko) | 불화수소를 포함하는 공정폐수로부터 불화칼슘을 형성하는 공정폐수 재활용방법 및 그를 포함하는 불화칼슘블록성형방법 | |
| FR2627481A1 (fr) | Procede pour epurer des eaux usees de l'industrie du verre | |
| CN210656183U (zh) | 一种石英砂酸洗装置 | |
| JP2012021710A (ja) | 粉体の水洗処理方法および水洗処理装置 | |
| JPH04348029A (ja) | 半導体基板処理方法及びその処理装置 | |
| CN116199216B (zh) | 一种闭路循环连续水流洗涤的石墨提纯洗涤装置 | |
| CN113083818A (zh) | 一种聚四氟乙烯反应釜的清洁再利用的处理方法 | |
| CN113842688A (zh) | 一种金属锂提纯废渣处理装置及其处理方法 | |
| KR102730154B1 (ko) | Boe 폐수 처리 및 재활용 시스템 | |
| RU2818198C1 (ru) | Способ получения коагулянта | |
| JPS60183097A (ja) | 複合汚染防止浄化法。 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20201021 |