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石英砂选矿提纯方法有哪些?

发布时间:2019/11/15     浏览:

石英砂提纯是除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SiO2的品位随着石英砂粒度的变细而降低,铁质和铝质等杂质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。

如:江苏宿迁马陵山矿石英砂原矿化学组成为:SiO2 78.39%、Fe2O3 1.68%、Al2O3 1.28%;其粒度组成中-0.1mm粒级含量为27.65%,在对原矿进行预选水洗、分级脱泥后、SiO2的品位上升到86.36%,Fe2O3降低至0.49%,Al2O3降低至6.79%,除杂提纯效果较为显著。

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,其脱除效果尚不显著。

2、擦洗

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铁、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%之间效果较好,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。

如对某地石英砂原矿经水洗、分级脱泥后,+0.3mm以上的石英砂进行棒磨擦洗,结果表明,经磨矿擦洗后,Fe2O3从0.19%降低到0.10%,铁的去除率达47.4%。大家在对云南某地石英砂矿采用加药高效强力擦洗,配合适当的工艺和设备,结果发现比采用棒磨擦洗效果好,棒磨擦洗回收率为49%,而加药高效强力擦洗回收率为73%。加药的目的是增大杂质矿物和石英颗粒表面的电斥力,增强杂质矿物与石英颗粒相互间的分离效果。

3、磁选

磁选工艺的采用:可以较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、黑云母等弱磁性杂质矿物为主的石英砂,利用湿式强磁机在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。

上村宏·田渊平次采用强磁机对濑户石英砂进行了试验条件研究,结果表明,磁选次数和磁场强度对磁选除铁效果有重要影响,随磁选次数的增加,含铁量逐渐减少;而一定的磁场强度下可除去大部分的铁质,但此后磁场强度即使提高很多,除铁率也无多大变化。

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的长石、云母等非磁性伴生杂质矿物。石英与长石的分离在国内外研究得都比较深入,在常规工艺中是采用阳离子捕收剂和氢氟酸活化剂在酸性pH范围内进行的。

考虑到含氟废水对环境的严重影响,国外于70年代出现了“无氟有酸浮洗法”,如日本在实现长石与石英的分离中,采用硫酸或盐酸(pH=2)调浆,加高级脂肪族胺盐和石油磺酸钠混合捕收剂浮选获得成功。

无氟无酸浮选法是近年来大力开发的石英长石浮选分离新工艺,唐甲莹等从1984年开始研究阴阳离子混合捕收剂浮选分离新工艺,该方法是在自然中性介质中,利用石英、长石结构组成的差异,合理调配阴阳离子混合捕收剂的配比,优先浮选出长石,实现二者的分离。但无氟无酸浮选法不如HF法和酸法成熟。

目前尚未见到工业生产应用的报道。云母与石英的等电点相近,分选难度大,采用酸性条件下阴离子捕收剂,或在碱性条件下阴—阳离子捕收剂两种方法浮选,可取得很好的效果。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

酸浸是利用石英不溶于酸(HF除外),其它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。一般认为各种稀酸对Fe和Al的去除均有显著效果,而对Ti和Cr的去除则采用较浓的H2SO4、王水或HF酸进行酸浸处理。通常使用上述酸类组成的混合酸进行杂质矿物的酸浸脱除,考虑到HF酸对石英的溶解作用,故HF酸浓度一般不超过10%。除酸的浓度外,酸的用量、酸浸时间、温度及矿浆搅拌均可以影响石英酸浸效果。

酸浸各种因素的控制应根据石英最终品位要求,尽量降低酸的浓度、温度和用量,减少酸浸时间,以实现在较低的选矿成本下进行石英提纯。在一些欧美国家由于对石英中铁的要求比较严格,故比较系统地研究了石英酸浸提纯处理,并建立了酸浸的石英选矿提纯厂。经过酸浸处理后的石英砂,可获得纯度达99.99%的高纯和超高纯石英砂。

6、微生物浸出

用微生物浸除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铁进行浸除时,均取得了较好的效果,其中以黑曲霉素菌浸除铁效果较佳,Fe2O3的去除率多在75%以上,精矿Fe2O3的品位低达0.007%。并且,发现用大多数细菌和霉菌预先栽培好的培养液浸出铁的效果更好,就象其它菌种一样是由于它们的可溶性代谢物的作用。目前微生物除铁处于实验室研究阶段,规模化工业生产尚需作进一步的试验研究。

7、其它提纯方法

由于不同石英砂制品对杂质矿物含量的不同要求,有时也采用一些其它的提纯方法作进一步提纯。如电选利用石英与杂质矿物在电性上微小差别,可选出微量金属杂质矿物:热氯化方法可除去石英中的气、液相杂质和杂质矿物、金属包裹体对工艺过程中的表面污染,达到对石英砂进一步提纯的目的。

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