石英砂選礦提純技術(shù)分析與探討

成都理工大學(xué) 王中榮 林金輝

近年來(lái)，隨著我國(guó)化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，礦石的選礦提純技術(shù)也獲得了很大提高。當(dāng)前，在人們的生產(chǎn)、生活里使用較為普遍的礦石中，以石英礦的應(yīng)用范圍最為廣泛，主要應(yīng)用于建筑工業(yè)、玻璃制造業(yè)以及陶瓷制造業(yè)等領(lǐng)域，且需求量較大。但我國(guó)對(duì)石英砂選礦提純技術(shù)的研究卻起步較晚，且國(guó)內(nèi)大部分石英砂都需要經(jīng)過(guò)選礦提純處理后才能被應(yīng)用。

一、常用的石英砂選礦提純方法

石英砂提純就是清除其原礦中含有的雜質(zhì)，進(jìn)而獲得純度較高的高純或者是超高純石英砂。當(dāng)前，生產(chǎn)中較為常用的石英砂提純方法有以下4種。

1.水洗、分級(jí)脫泥法。石英砂中往往含有多種礦物雜質(zhì)，而不同雜質(zhì)的品位與石英砂的粒度變化有著密切關(guān)系，如SiO2的品位會(huì)隨著石英砂粒度的變小而降低，F(xiàn)e，Al等雜質(zhì)的品位則會(huì)隨著石英砂粒度的變小而升高。這種現(xiàn)象在黏土性礦物石英砂中較為明顯。因此，在對(duì)石英砂進(jìn)行提純之前，應(yīng)對(duì)原礦進(jìn)行必要的水洗和分級(jí)脫泥處理。例如，江蘇宿遷馬陵山礦的石英砂原礦化學(xué)組成為SiO278.39%、Fe2O31.68%、Al2O311.28%，其中0.1 mm粒級(jí)含量為27.65%。在采用水洗、分級(jí)脫泥法對(duì)原礦進(jìn)行處理后，SiO2的品位上升至86.36%，F(xiàn)e2O3降低至0.49%，A12O3降低至6.79%。目前，水洗和分級(jí)脫泥是礦石提純中的常用方法，其工藝較為簡(jiǎn)單，效果較好，但并不適用于所有的礦石，如對(duì)石英砂表面存在的薄膜鐵和具有黏性的雜質(zhì)就無(wú)法去除。

2.擦洗法。擦洗法主要是利用機(jī)械設(shè)備使礦粒進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，通過(guò)砂粒之間的摩擦力，將附著在石英砂表面的薄膜鐵和黏性雜質(zhì)研磨去除，然后再對(duì)礦粒進(jìn)行分類(lèi)，最終達(dá)到提純的目的。當(dāng)前，生產(chǎn)中應(yīng)用較為普遍的擦洗法有棒磨擦洗和機(jī)械擦洗兩種。一般認(rèn)為，機(jī)械擦洗法因易受擦洗機(jī)械自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及配置形式的影響而使擦洗效果不穩(wěn)定，擦洗時(shí)間和擦洗濃度也會(huì)影響擦洗效果。通常情況下，石英礦的擦洗濃度以保持在50%～ 60%最為理想，濃度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)擦洗效果產(chǎn)生不良影響。擦洗時(shí)間也并非越長(zhǎng)越好，因?yàn)闀r(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加設(shè)備磨損和提純成本。目前，我國(guó)應(yīng)用較為普遍的是棒磨擦洗法，而且已獲得較為成熟的發(fā)展。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的礦石特點(diǎn)，采用與之相適應(yīng)的擦洗方法和設(shè)備，必要時(shí)可以將多種方法配合使用，以達(dá)到理想效果。

3.磁選法。磁選法主要用以清除石英礦中的赤鐵礦、黑云母等弱磁性雜質(zhì)。磁選的常用設(shè)備有濕式強(qiáng)磁磁選設(shè)備和高梯度磁選設(shè)備。濕式強(qiáng)磁磁選設(shè)備對(duì)石英礦中的褐鐵礦、赤鐵礦以及黑云母等弱磁性雜質(zhì)的清除效果較好；而清除磁鐵礦等強(qiáng)磁性雜質(zhì)時(shí)，則需使用弱磁設(shè)備或是中磁設(shè)備。在采用磁選法對(duì)石英礦進(jìn)行選礦提純時(shí)，要對(duì)磁選次數(shù)和磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行有效控制，并不是磁場(chǎng)強(qiáng)度越高、磁選次數(shù)越多，磁選效果就越好。一般情況下，隨著磁選次數(shù)的增加，礦石中的鐵含量會(huì)減少，但只有在一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度下，才能去除其中的大部分鐵質(zhì)。另外，除鐵效果與石英砂粒度也有一定關(guān)系，通常石英砂的粒度越小，除鐵效果越好。

4.浮選法。如果石英礦中含有較多雜質(zhì)，采用擦洗、脫泥、磁選等方法都無(wú)法達(dá)到理想提純效果時(shí)，則可采用浮選法進(jìn)一步提純。浮選法主要用以清除石英砂中的長(zhǎng)石、云母以及各種非磁性伴生雜質(zhì)。國(guó)外很多專(zhuān)家對(duì)石英與長(zhǎng)石的分離技術(shù)已有深入研究，常采用在酸性環(huán)境中使用陽(yáng)離子捕收劑和氫氟酸活化劑的方法，從而達(dá)到分離效果。但由于含氟的廢水會(huì)對(duì)大氣環(huán)境和水環(huán)境產(chǎn)生不良影響，因而無(wú)氟有酸浮選法是近年來(lái)較為提倡的一種新工藝。無(wú)氟有酸浮選法主要是利用自然界的中性介質(zhì)和石英與長(zhǎng)石不同的結(jié)構(gòu)、成分，適當(dāng)調(diào)整陽(yáng)離子混合捕收劑比例，對(duì)長(zhǎng)石進(jìn)行有限浮選，進(jìn)而達(dá)到分離提純的目的。目前，關(guān)于無(wú)氟無(wú)酸浮選法的相關(guān)理論研究不多，而且也很少見(jiàn)到其運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)。對(duì)于云母來(lái)說(shuō)，因其自身結(jié)構(gòu)與石英有一定的相似性，所以如果僅在酸性條件下使用捕收劑，則將兩者分離的難度較大。

二、石英砂選礦提純工藝流程

根據(jù)石英砂的品位要求、雜質(zhì)種類(lèi)及含量等因素的不同，生產(chǎn)中應(yīng)注意選用不同的提純工藝。

1.擦洗—分級(jí)、脫泥。在自然環(huán)境下，石英砂會(huì)因風(fēng)化和沉積作用而使黏性雜質(zhì)附著在其表面或是產(chǎn)生薄膜鐵。對(duì)于這種石英砂，采用擦洗—分級(jí)、脫泥工藝即可有效去除雜質(zhì)，達(dá)到提純目的。

2.擦洗—脫泥—磁選。石英礦中的褐鐵礦、赤鐵礦、黑云母等弱磁性雜質(zhì)和磁鐵礦等強(qiáng)磁性雜質(zhì)只有通過(guò)磁選工藝才能被去除。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般多使用濕式強(qiáng)磁設(shè)備進(jìn)行分離提純。

3.棒磨擦洗—脫泥—磁選—浮選。在我國(guó)，棒磨擦洗工藝的應(yīng)用較為廣泛。它不僅能夠顯著提高擦洗效果，而且可以通過(guò)摩擦使原來(lái)的石英粒度發(fā)生改變，為石英礦的進(jìn)一步提純打下基礎(chǔ)。