超声辅助草酸提高石英砂中铁杂质的去除

摘要

石英砂作为一种基本的原料被广泛地应用于玻璃制品以及其它的一些工业。但是，石英砂中往往存在铁杂质而使得石英砂完全不能出售，或者以很低的价格出售。因此，目前已有大量的科研工作者通过物理，化学以及生物的方法致力于石英砂中杂质的去除。常常需要将这些方法结合起来提纯石英砂。直到现在，无机酸还被广泛地用来去除杂质，归因于它们对杂质有很高的去除率。但是，它们通常价格比较昂贵以及接踵而来的环境污染问题。再者，无机酸诸如硫酸和盐酸很容易通过其阴离子污染矿物的表面。因此，选择环境友好型的试剂和避免低的去除率将是石英砂提纯研究的重点。
　　 本文以草酸为浸出剂，在超声辅助或常规搅拌下对石英砂中的铁杂质进行去除。一些有意义的结果报道如下：
　　 1)草酸被认为是一种具有前景的试剂，原因在于它廉价、环境可接受、好的络合能力以及还原能力强。再者，铁被溶解后将会以草酸亚铁结晶水的形式从浸出液中沉淀出来，可以被作为一种有用的附加值产品。
　　 2)使用探头式超声波最大除去率的条件为：反应温度95℃，搅拌速度500rpm，超声波功率150W，草酸浓度4g/L，反应时间为30min。在此条件下，铁的去除率为75.4％。应该值得注意的是仍有一些杂质残留在二氧化硅的晶格内很难被去除。
　　 3)超声辅助提纯和常规搅拌相比，大大地提高了铁浸出的速率、草酸的使用量显著地降低以及纯度明显地提高。此外，在铁的去除方面探头式超声波要比槽式好。
　　 4)超声辅助浸出的优势可以通过粒度分析仪、冷场发射电子扫描显微镜以及色度仪来得到进一步的验证。当超声作用于反应体系时，石英颗粒将会变得多孔、疏松以及很容易被破碎，这会使得草酸能够通过裂缝渗透到石英砂内部和铁杂质反应。再者，超声冲力能将石英砂表面的铁杂质剥落使其进入液相，然后和草酸很易进行反应。因此，超声结合草酸提纯石英砂将是一个非常具有竞争力的技术。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文章综述

1.1 石英砂的性质及矿床类型、分布

1.1.1 石英砂简介

1.1.2 石英砂中元素杂质的赋存状态

1.1.3 石英砂矿床类型及其分布

1.2 石英砂的工业用途及质量要求

1.2.1 石英砂在传统市场的应用

1.2.2 石英砂在高新市场的应用

1.3 影响高纯石英玻璃原料的关键杂质

1.3.1 碱金属元素

1.3.2 过渡金属元素

1.3.3 铝、硼元素

1.4 高纯石英砂研究现状

1.5 石英砂的提纯技术

1.5.1 水洗、分级脱泥

1.5.2 擦洗

1.5.3 重选

1.5.4 磁选

1.5.5 浮选

1.5.6 微波辅助提纯

1.5.7 超声辅助提纯

1.5.8 微生物提纯法

1.5.9 化学提纯法

1.5.10 其它提纯方法

1.5.11 联合提纯法

1.6 石英砂的深加工技术

1.6.1 石英砂的超细粉碎

1.6.2 石英砂的球形化

1.6.3 石英砂的表面改性

1.7 选题目的及研究内容

第二章 常规搅拌提纯的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 石英砂原料

2.2.2 试剂

2.2.3 仪器与设备

2.2.4 常规搅拌提纯实验

2.2.5 化学成分分析

2.3 结果与讨论

2.3.1 溶液pH对铁去除率的影响

2.3.2 温度对铁去除率的影响

2.3.3 搅拌速度对铁去除率的影响

2.3.4 草酸浓度对铁去除率的影响

2.4 本章小结

第三章 探头式超声辅助提纯的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 石英砂原料

3.2.2 试剂

3.2.3 仪器与设备

3.2.4 探头式超声辅助提纯实验

3.2.5 化学成分分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 超声功率对铁去除率的影响

3.3.2 草酸浓度对铁去除率的影响

3.4 本章小结

第四章 槽式超声辅助提纯的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 石英砂原料

4.2.2 试剂

4.2.3 仪器与设备

4.2.4 槽式超声辅助提纯实验

4.2.5 化学成分分析

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 三种提纯方法的比较

5.1 引言

5.2 结果与讨论

5.2.1 反应速率的比较

5.2.2 草酸用量的比较

5.2.3 铁去除率的比较

5.3 本章小结

第六章 相关机理探讨

6.1 表征部分

6.1.1 仪器与设备

6.1.2 石英砂样品的表征方法

6.2 结果与讨论

6.2.1 石英砂粒度分析

6.2.2 石英砂形貌分析

6.2.3 超声机理进一步的研究

6.2.4 色度测试分析

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 本研究的主要结论

7.2 本研究的主要创新点

7.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文