專利名稱：采用脈石英制備超細高純石英材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細高純石英材料的制備方法，具體涉及一種以脈石英為原料制備超細高純石英材料的方法。該超細高純石英材料應(yīng)用于電子元件、微電子元件及集成電路的高檔塑封材料等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超細高純石英粉具備優(yōu)良的化學物理特性，熔點在1715℃，α-β的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換溫度為573℃，無解理，具有具殼狀斷口，具有極好的化學穩(wěn)定性、高絕緣耐壓能力，擊穿電壓32-34KV/mm，低熱膨脹，作為優(yōu)質(zhì)填充料應(yīng)用于集成電路、微電子產(chǎn)品、塑封材料等。
隨著光纖工業(yè)、電子工業(yè)、微電子工業(yè)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，對超細高純石英材料的要求越來越高，需求量也越來越大。傳統(tǒng)工業(yè)一般采用優(yōu)質(zhì)天然水晶作為原料來加工高純石英產(chǎn)品，但優(yōu)質(zhì)天然水晶資源缺乏，而且成本高。我國石英巖類礦產(chǎn)資源極其豐富，這類礦物以往一般只能當作硅原料，應(yīng)用于玻璃工業(yè)、建材工業(yè)、化學工業(yè)等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。但曾有過采用優(yōu)質(zhì)天然石英礦料作原料制備石英微粉，其工藝流程為原料(水晶體、脈石英)→粗碎→中碎→酸洗→水洗→干燥→干法超細粉碎→分級→產(chǎn)品。由于脈石英成礦時有多種雜質(zhì)礦物伴生，而且品種因成礦環(huán)境而異，一般主要雜質(zhì)礦物有長石類、云母類、粘土類、碳酸鹽類等，其余含少量磁鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦、鋯英石、磷灰石等。因此，采用這種方法生產(chǎn)的缺點是1、SiO2含量為99.0％-99.6％，白度90左右，電導(dǎo)率5-40μs·m，產(chǎn)品精度低，質(zhì)量差，難以滿足高精電子、微電子產(chǎn)品的需要，要想進一步提高石英材料純度技術(shù)上難度較大。2、酸洗作業(yè)的洗滌內(nèi)水易造成環(huán)境污染。3、整個生產(chǎn)流程對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性控制差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。
本發(fā)明的目的是提供一種采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)脈石英為原料制備超細高純石英材料的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種采用脈石英制備超細高純石英材料的方法，其內(nèi)容為采用脈石英為原料，按下列步驟進行制備(1)、對原料礦物進行粉碎，使伴生礦物與石英解離，并符合靜電選工藝對入選料粒度要求；(2)、采用靜電選法對粉碎后的物料進行物理除雜，去除物料中長石類、云母類雜質(zhì)；(3)、對靜電除雜后的物料進行超細粉碎，粉碎粒度為800～2500目；(4)、采用高梯度磁選法對超細粉碎后的物料進行物理除雜，去除磁鐵礦、鈦鐵礦類強磁和弱磁性礦物；(5)、采用微波對高梯度磁選后的物料進行處理，激活金屬類雜質(zhì)離子，提高雜質(zhì)離子活性；(6)、采用絡(luò)合法對微波處理后的物料進行化學除雜，其中，絡(luò)合劑與金屬離子進行絡(luò)合反應(yīng)，生成溶于水的絡(luò)合化合物，然后通過固、液分離方法去除粘土礦物、碳酸鹽、金屬氧化物等殘留雜質(zhì)；(7)、對分離后的固體物料進行后處理得成品。
上述技術(shù)方案的有關(guān)內(nèi)容解釋如下1、脈石英礦物中主要成份為脈石英，這種石英是一種結(jié)晶石英(而熔融石英為非結(jié)晶石英)。
2、為了使上述第一步粗碎的效果更好，在粉碎前先對原料礦物進行高溫煅燒，然后水淬，接著進行粉碎。所述靜電選工藝對入選料粒度要求一般情況下為40～160目。
3、上述第三步超細粉碎采用干法和濕法兩種工藝，干法粉碎采用氣流磨，濕法粉碎采用超細同質(zhì)介質(zhì)磨。
4、在上述第三步超細粉碎后，接著對物料進行分級處理。
5、上述第二步中，所述靜電選是根據(jù)不同礦物電性差異，在高壓電場中實行分離的方法。
6、上述第四步中，所述高梯度磁選是在不均勻的高磁場強度(1-2特斯拉)磁場中，利用礦物之間的磁性差異使不同礦物實現(xiàn)分選的方法。對于本發(fā)明原料礦物而言，石英屬非磁性礦物；伴生的磁鐵礦、磁黃鐵礦、磁赤鐵礦屬于強磁性礦物；伴生的赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、鈦鐵礦、絡(luò)鐵礦、云母、獨居石、綠泥石屬弱磁性礦物。
7、微波是一種高頻率的電磁波(每秒24億543磁的超高頻率微波)，上述第五步中，所述微波處理是利用微波的穿透性和吸收性，使石英晶體、縫隙間的金屬離子，快速振蕩、離位、活性提高，便于下一步絡(luò)合處理，作為絡(luò)合處理的予處理技術(shù)。
8、上述第六步中，所述絡(luò)合處理是采用絡(luò)合劑如草酸、檸檬酸及其鈉鹽、HF、EDTA-鈉鹽、與石英中的鐵、鈉、鉛、鈣、鎂等離子進行絡(luò)合，生成溶于水的穩(wěn)定絡(luò)合物。
9、上述第七步后處理主要為水洗和烘干兩步，其中，水洗工序是采用去離子水洗滌固體物料，以降低物料的導(dǎo)電率。
本發(fā)明工作原理是采用先進的技術(shù)去除雜質(zhì)提純和超細粉碎，超細粉碎將采用干法和濕法超細粉碎設(shè)備，干法粉碎采用氣流磨，濕法粉碎采用超細同質(zhì)介質(zhì)磨。去除雜質(zhì)采用靜電選法去除云母類、長石類礦物；采用高梯度磁選機去除磁鐵礦、鈦鐵礦類強磁和弱磁性礦物采用微波處理和絡(luò)合法去除粘土礦物、碳酸鹽、金屬氧化物等殘留雜質(zhì)，使產(chǎn)品達到超細高純的效果。歸納起來，其關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容為①、靜電選法去除云母類、長石類雜質(zhì)技術(shù)；②、微波處理激活雜質(zhì)離子，提高雜質(zhì)離子活性；③、絡(luò)合法去除微波處理激活的雜質(zhì)離子；④、高梯度磁選法去除磁鐵礦、鈦鐵礦類磁性雜質(zhì)礦物；⑤、超細粉碎技術(shù)；⑥、去離子水洗滌降低導(dǎo)電率技術(shù)。
由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1、本發(fā)明采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)脈石英礦為原料，研發(fā)生產(chǎn)電子級和微電子級超細高純石英新材料，其制備工藝采用靜電選法、高梯度磁選法、微波處理和絡(luò)合法等先進技術(shù)去除雜質(zhì)，使SiO2含量達99.99-99.999％，雜質(zhì)含量＜100ppm，粒度800-2500目，符合電子級、微電子級使用要求，產(chǎn)品以其優(yōu)異的性能應(yīng)用于電子元件、微電子元件及集成電路的高檔塑封材料等。
2、本發(fā)明用脈石英礦制備高純石英產(chǎn)品，可大幅度提高石英產(chǎn)品的附加值，而且原料提供方便，價格便宜，可替代進口，適應(yīng)我國電子工業(yè)和微電子工業(yè)發(fā)展的需求。
3、本發(fā)明用優(yōu)質(zhì)脈石英礦料作原料，相對天然水晶來說，資源豐富，且成本低。
4、本發(fā)明在去雜提純中采用靜電選法在高壓電場中，利用石英與雜質(zhì)礦物(云母、長石、金屬氧化物等)電性能指標的差異，實現(xiàn)石英與雜質(zhì)礦物的分離，其效果顯著，為去除長石類、云母類雜質(zhì)起到了關(guān)鍵作用。
5、本發(fā)明采用先進的微波處理技術(shù)激活金屬類雜質(zhì)離子，提高雜質(zhì)離子的活性，使晶格中的雜質(zhì)離子離位，便于去除。然后用絡(luò)合劑如草酸、檸檬酸或有機絡(luò)合劑等與金屬離子進行絡(luò)合，生成溶于水的絡(luò)合化合物，通過固液分離達到去除這類雜質(zhì)的目的。另外，本方法不產(chǎn)生任何環(huán)境污染問題。
綜上所述，本發(fā)明技術(shù)特點是①、原料資源豐富；②、產(chǎn)品質(zhì)量指標高，檔次高；③、除雜技術(shù)效率高，有針對性，易于控制；④、無環(huán)境污染問題；⑤、工藝流程結(jié)構(gòu)合理，可保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。


附圖1為實施例一的工藝流程圖；附圖2為實施例二的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一一種采用脈石英制備超細高純石英材料的方法，采用脈石英為原料，其工藝流程參見附圖1所示；具體說明如下1、原礦采用江西上饒西坑石英礦提供的脈石英(塊礦最大尺寸≤10cm)，SiO2含量為99.5～99.8％，雜質(zhì)含量為0.5～0.2％。
2、破碎采用顎式破碎機和對棍破碎機。顎式破碎機鄂板及對輥破碎機的輥用高密度陶瓷制程，破碎產(chǎn)品粒度為40-80目；3、靜電選采用靜電選礦機，電壓15～25千伏，精礦產(chǎn)率88～93％，產(chǎn)品SiO2≥99.8％，鋁、鐵雜質(zhì)含量分別除至60ppm和100ppm以下。
4、超細粉碎采用氣流磨和分級機將石英礦(40～80目)粉碎至800目～1250目。
5、高梯度磁選采用SHP-500型高梯度濕式磁選機，磁場強度1.5-1.9特斯拉，磁選產(chǎn)品的鐵含量分別除至10ppm以下。
6、微波處理微波處理機額定微波頻率為2450MHz。
7、絡(luò)合處理及水洗采用草酸作為絡(luò)合劑，添加量30g/L，經(jīng)絡(luò)合處理后產(chǎn)品再經(jīng)去離子水水洗后，雜質(zhì)總量降至100ppm以下。去離子水用量與產(chǎn)品之比為10∶1。
8、烘干采用QG型氣流干燥機進行干燥，該設(shè)備無任何污染，產(chǎn)品水分≤1％。
9、產(chǎn)品主要質(zhì)量指標分析①、SiO2≥99.98％，F(xiàn)e3ppm，Al20ppm，Ti1ppm，K5ppm，Na6ppm，Cr6ppm，Mg3ppm。
②、粒度-10μm含量≥90％。
③、水萃取液電導(dǎo)率1μs·m。
實施例二一種采用脈石英制備超細高純石英材料的方法，采用脈石英為原料，其工藝流程參見附圖2所示；具體說明如下1、原礦采用山東萊蕪脈石英為原料(SiO299.1-99.5％；雜質(zhì)含量0.5-0.9％)2、高溫煅燒對原礦進行高溫煅燒，煅燒溫度600-800℃，時間1-2小時。
3、水淬將高溫煅燒后的塊料用冷水浸濕。
4、粗碎對原料礦物進行粉碎，使伴生礦物與石英解離，粒度為60～100目。
5、靜電選采用靜電選法對粉碎后的物料進行物理除雜，去除物料中長石類、云母類雜質(zhì)。
6、超細粉碎對靜電除雜后的物料進行超細粉碎，超細粉碎先后采用干法和濕法兩道工序，干法粉碎采用氣流磨，濕法粉碎采用超細同質(zhì)介質(zhì)磨，粉碎粒度為1250-2500目。
7、分級對超細粉碎后的物料進行分級處理。
8、高梯度磁選采用高梯度磁選法對物料進行物理除雜，去除磁鐵礦、鈦鐵礦類強磁和弱磁性礦物。
9、微波處理采用微波對物料進行處理，激活金屬類雜質(zhì)離子，提高雜質(zhì)離子活性。
10、絡(luò)合處理采用檸檬酸作為絡(luò)合劑與物料進行絡(luò)合反應(yīng)，絡(luò)合劑與金屬離子絡(luò)合，生成溶于水的絡(luò)合化合物，然后通過固、液分離方法去除粘土礦物、碳酸鹽、金屬氧化物等殘留雜質(zhì)。
11、水洗采用去離子水洗滌固體物料，以降低物料的導(dǎo)電率。
12、烘干用QG型氣流干燥機烘干，干燥溫度150-220℃，產(chǎn)品水分≤0.5％。
13、產(chǎn)品主要質(zhì)量指標分析①、SiO2≥99.99％，F(xiàn)e3ppm，Al10ppm，Ti0.5ppm，K2ppm，Na3ppm，Cr2ppm，Mg4ppm。
②、水萃取液電導(dǎo)率1μs·m
權(quán)利要求
1.一種采用脈石英制備超細高純石英材料的方法，其特征在于采用脈石英為原料，按下列步驟進行制備(1)、對原料礦物進行粉碎，使伴生礦物與石英解離，并符合靜電選工藝對入選料粒度要求；(2)、采用靜電選法對粉碎后的物料進行物理除雜，去除物料中長石類、云母類雜質(zhì)；(3)、對靜電除雜后的物料進行超細粉碎，粉碎粒度為800～2500目；(4)、采用高梯度磁選法對超細粉碎后的物料進行物理除雜，去除磁鐵礦、鈦鐵礦類強磁和弱磁性礦物；(5)、采用微波對高梯度磁選后的物料進行處理，激活金屬類雜質(zhì)離子，提高雜質(zhì)離子活性；(6)、采用絡(luò)合法對微波處理后的物料進行化學除雜，其中，絡(luò)合劑與金屬離子進行絡(luò)合反應(yīng)，生成溶于水的絡(luò)合化合物，然后通過固、液分離方法去除粘土礦物、碳酸鹽、金屬氧化物等殘留雜質(zhì)；(7)、對分離后的固體物料進行后處理得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細高純石英材料的方法，其特征在于上述第一步粉碎處理前，先對原料礦物進行高溫煅燒，然后水淬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細高純石英材料的方法，其特征在于上述第三步超細粉碎先后采用干法和濕法兩道工序，干法粉碎采用氣流磨，濕法粉碎采用超細同質(zhì)介質(zhì)磨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細高純石英材料的方法，其特征在于上述第三步超細粉碎后，接著對物料進行分級處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細高純石英材料的方法，其特征在于上述第七步后處理中，包含水洗工序，該水洗工序是采用去離子水洗滌固體物料，以降低物料的導(dǎo)電率。
全文摘要
本發(fā)明涉及超細高純石英材料的制備方法，其工藝為采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)脈石英礦(SiO
文檔編號C09C1/26GK1557881SQ200410014058
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者張明, 唐靖炎, 王學群, 張 明 申請人:蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計研究院有限公司, 蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計研究院有限