石英砂又称硅砂,是一种常见的非金属矿物原料,其应用领域十分广泛。我国的石英砂选矿提纯及深加工开发利用得比较晚,并且主要用于建筑工业、玻璃制造、陶瓷工业和铸造工业,这些领域的一个共同点就是石英砂需求量大、原料质量要求低。对于我国一些产地的优质石英砂而言,基本上不经过选矿提纯或略经提纯,即可满足工业用啥需求。
目前,国外以美国的石英砂选矿提纯技术最为先进,特点是工业化产量大、装备专业化和生产自动化程度高。经过选矿提取制成的高纯和超高纯石英砂已广泛应用于航空航天、院子能技术、激光、光缆通讯、军工等高科技领域。随着科学技术的进步,高科技用硅的需求量也将大量增加,而天然水晶资源的日趋枯竭使得人们不得不将目光转向天然水晶的替代品-高纯度和超高纯石英砂上。因此,积极探求和推动石英砂选矿提纯技术的进步,实现精制石英砂、高纯和超高纯石英砂的低成本、大批量工业化生产、对弥补天然水晶资源的不足,满足高科技用硅需求具有重要的显示意义。
石英砂提纯是出去石英砂中少量或微量杂质,获得精制石英砂或高纯石英砂(如电子级产品)的高难度分离技术。近年来,国内外对石英砂提纯工艺研究主要围绕着以下几个方面进行:1、水洗、分级脱泥;石英砂中的二氧化硫的品位随着石英砂粒度的变细而降低,铁质和铝质等杂矿物的品位则正好相反,这种现象在含有大量粘土性矿物石英砂中尤为明显。所以在入选前对石英砂原矿进行水选、分级脱泥是非常必要的,而且效果也是较为明显的。水洗、分级脱泥作为一种矿石入选前的预处理方法,应用得较早也很普遍,但对于存在于石英砂表面的薄膜铁和粘连性杂质矿物,其脱除效果尚不甚显著。2、擦洗;是借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜贴、粘结及泥性杂质矿物和进一步擦碎未成单体的矿物集合体,再经分级作业达到石英砂进一步提纯的效果。目前,主要有棒磨擦洗和机械擦洗二种方法。对于机械擦洗,一般认为影响擦洗效果的因素主要是来自擦洗机的结构特点和配置形式,其次为工艺因素,包括擦洗时间和擦洗浓度。研究表明,砂矿擦洗浓度在50%~60%之间效果最好,浓度过大或过小,都会 降低杂质矿物的擦除效果,而且在一定程度上反而加大了石英砂的提纯难度;擦洗时间原则上以初步达到产品质量要求为基准,不宜过长,因为时间过长,会加大设备磨损,提高能耗和造成选矿提纯成本的增加。由于对于某些石英砂矿,机械擦洗擦除效果不太理想,因此,在我国棒磨擦洗工艺应用得较为普遍和相对成熟。3、磁选;磁选工艺的采用,可以最大限度地清除包括连生体颗粒在内的赤铁矿、褐铁矿和黑云母等弱磁性杂质矿物。强磁选通常采用湿式强磁磁选机或高梯度磁选机。一般而言,对含杂以褐铁矿、赤铁矿、黑云母等弱磁选杂质矿物为主的石英砂,利用湿式磁选机在10000奥斯特以上可以选出;对含杂以磁铁矿为主的强磁性矿物,则采用弱磁机或中磁机进行选别效果比较好。另外,石英砂粒度越细,除铁效果越好,其原因是细粒石英砂中含铁杂质矿物量高的缘故。当石英砂原砂中含杂质矿物较多时,仅采用擦洗、脱泥和磁选是不能将石英砂提纯成高纯砂的,为了进一步提高石英砂的纯度和降除杂质含量,通常采用浮选的方法。4、浮选;浮选方法的采用是为了除去石英砂中长石、云母等非磁性伴生杂质矿物。石英与长石的分离在国内研究得都比较深入,在常规工艺中是采用阳离子捕收剂和酸性活化剂在酸性ph范围内进行的。一般而言,经过擦洗、脱泥、磁选和浮选后,石英砂的纯度可达到99.3%~99.9%,基本上满足工业用砂的
需求。5、酸浸;是利用石英不溶于酸(HF除外),其他杂质矿物能被酸液溶解的特点,从而可以实现对石英的进一步提纯。酸浸常用酸类有硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸等;还原剂有亚硫酸及其盐类等。研究发现,上述酸类对石英中的非金属杂质矿物均有良好的去除效果,但对不同的金属杂质,酸的种类及其浓度影响较为显著。6、微生物浸出;用微生物浸出石英砂颗粒表面的薄膜铁或浸染铁是新近发展起来的一种除铁技术。据国外研究结果表明,用黑曲霉素、青霉、假单胞菌、多粘菌素杆菌等微生物对石英表面薄膜贴进行浸除时,均取得了较好的效果,其中以黑曲霉素菌浸除效果最佳。7、其他提纯方法;由于不同石英砂制品对杂质矿物含量的不同要求,有时也采用一些其他的提纯方法作进一步提纯。
石英砂选矿提纯方法和工艺流程一般由以下几点确定:①原砂中杂质矿物的赋存状态;②提纯工艺的选矿成本;③精砂制品的工业用途。对一般工业用途的精制石英砂,尽可能选择为简单的工艺流程以降低选矿提纯成本。对作为高科技用砂的高纯和超高纯石英砂,则需要进一步采用浮选和酸浸等工艺对石英砂再次提纯。我们首次使用加药高效强力擦洗-分级脱泥-磁选这一新的提纯工艺,克服了棒磨擦洗带来的铁质二次污染、产率低等缺点。该工艺对实现石英砂在低成本、高效提纯除杂等方面很有意义。
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