为了提高石英砂的杂质去除率,采用磁选加混酸酸洗工艺,并研究了酸洗反应动力学模型,对石英砂酸浸除杂进行理论指导。试验结果表明,铁去除率随着粒径减小而增大,150~180μm石英砂磁选效果最好。通过研究不同酸洗组合,发现混酸(硝酸+盐酸+氢氟酸)对铁的去除效果最好;使用混酸(V_酸∶V_水=1∶1),90℃水浴反应360 min,石英砂中铁去除率可达88.3%,铁杂质含量降为24.76μg/g,达到了精制石英砂的纯度要求。利用液固多相未反应核模型拟合发现,石英砂的酸洗过程控速步骤为产物内扩散控制,计算得出反应激活能Ea=51.73 k J/mol。
采用高温焙烧-酸洗方法除石英砂Fe杂质,实验结果表明,900℃焙烧最佳时间为180 min;焙烧后90℃水浴混酸酸洗360 min,石英砂中Fe去除率可达88.3%,Fe杂质含量降为34.61μg/g。通过扫描电子显微镜(SEM)表征该方法处理前后石英砂形貌,结果表明处理后石英砂表面出现明显裂纹和蚀坑,有助于酸液浸入颗粒内部,提高Fe去除率。利用收缩未反应芯模型对实验数据拟合,该酸洗反应控速步骤为产物内扩散控制,焙烧处理后酸洗反应更快,Fe去除率更高,活化能更低。经900℃焙烧,保温180 min处理石英砂,酸洗反应的活化能是30.88 k J/mol,未焙烧酸洗反应活化能为36.18 k J/mol,焙烧后酸洗反应活化能下降了17.2%,说明焙烧处理有利于石英砂的酸洗。
