青海省柴北緣高純石英用脈石英礦提純研究

馬進(jìn)海，張 潔，馬文智

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心青海總隊(duì)，青海 西寧 810008）

青海省柴北緣高純石英用脈石英礦提純研究

馬進(jìn)海，張 潔，馬文智

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心青?？傟?duì)，青海 西寧 810008）

高純石英是替代熔煉水晶用來(lái)生產(chǎn)光學(xué)玻璃、人造水晶、透明石英玻璃的礦物原料，是一種附加值很高的產(chǎn)品。目前，國(guó)內(nèi)主導(dǎo)石英廠家的高檔原料供應(yīng)均依賴(lài)進(jìn)口，且采購(gòu)周期長(zhǎng)、價(jià)格高，加大了生產(chǎn)成本，因此嚴(yán)重制約了石英制造技術(shù)的進(jìn)步和行業(yè)的發(fā)展。本文對(duì)柴北緣一帶花崗巖中分布的脈石英進(jìn)行了提純?cè)囼?yàn)，通過(guò)提純?cè)囼?yàn)極大降低了石英中的其他雜質(zhì)，可將有用成分SiO2的含量提純至99.91%，試驗(yàn)效果較好。

高純石英；提純；青海

1 前言

1.1 高純石英概況

高純石英(High Purity Quartz)是生產(chǎn)單晶硅、多晶硅、石英玻璃、光纖、太陽(yáng)能電池、集成電路基板等高性能材料的主要原料，其主要特征是對(duì)SiO2純度要求極高，幾乎不允許鐵、鈦、鉻、鋯、鋰、鉀、鈉等雜質(zhì)及包裹體的存在。目前，對(duì)于高純石英產(chǎn)品還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)通常將SiO2含量大于99.9%的歸為高純石英。

1.2 地質(zhì)概況

石英脈分布于青海省柴達(dá)木盆地北緣(柴北緣)一帶印支期花崗巖體中，該區(qū)花崗巖體分布面積大，附近有多期次巖漿活動(dòng)，加之區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈，因此具有較好的石英脈成礦條件。

脈石英系熱液成因型，顏色為乳白、潔白色，局部灰白色，中粒不等粒他形結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為石英，局部含少量鋯石、云母及其他鐵質(zhì)礦物，另見(jiàn)少量氣液包裹體。根據(jù)顯微鏡下觀察，石英粒度大小一般1～3mm，表面干凈，含少量鐵質(zhì)包體，呈粒狀、柱狀分布，由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或應(yīng)力的影響，石英顆粒具波狀或帶狀消光，其表面發(fā)育近于平行或交叉變形紋，多有后期脈石英分布，后期石英脈一般貫穿前期石英顆粒而分布。

2 提純?cè)囼?yàn)

2.1 提純工藝的選取

根據(jù)顯微分析結(jié)果，脈石英中所含的雜質(zhì)主要有：晶粒間的填隙物、云母晶片、不透明鐵質(zhì)類(lèi)包裹體、氣液包裹體。根據(jù)以上所含雜質(zhì)結(jié)合當(dāng)下石英巖提純工藝，本次提純?cè)囼?yàn)選用酸洗、磁選及浮選等工藝進(jìn)行提純研究。

磁選工藝：可分弱磁選和強(qiáng)磁選，主要是為了除去磁性礦物，如赤鐵礦、褐鐵礦、云母(見(jiàn)下圖)等。

石英中的云母

酸洗工藝：用水、濃鹽酸、氫氟酸按5∶3∶2的比例混合酸液進(jìn)行酸洗，主要目的是除去易溶于酸的離子及礦物，如鋁、鈉、鈣及磷灰石、鋯石等。

浮選工藝：根據(jù)石英砂的不同粒徑及礦物學(xué)特征，配制相應(yīng)的最優(yōu)比例的浮選劑，并調(diào)節(jié)好浮選過(guò)程中的pH值，浮選可采用多段式反浮選，分別按石英—云母、石英—鐵、石英—長(zhǎng)石等反浮選原則選擇合適的浮選條件進(jìn)行，盡可能除去雜質(zhì)。

2.2 試驗(yàn)主要設(shè)備及試劑

主要設(shè)備：馬弗爐、水槽、顎式破碎機(jī)、XCSQ型強(qiáng)磁選機(jī)、XFD-0.5型單槽浮選機(jī)、烘箱、微波消解儀等。

主要藥劑：十八胺、柴油、2#油、硫酸、鹽酸、氫氟酸等。

2.3 提純?cè)囼?yàn)過(guò)程

(1) 樣品加工。

先將大塊石英巖原料破碎成拳頭大小，目的是節(jié)省煅燒時(shí)間，提高煅燒效果；其次，將破碎后的石英放進(jìn)加熱爐里，在800℃左右保溫半小時(shí)；然后，將燒紅的石英放進(jìn)冷水池內(nèi)進(jìn)行水淬處理，處理后的石英放進(jìn)烘箱里烘干；而后，將烘干后的石英用顎式破碎機(jī)初碎；最后，從初碎的樣品中采集部分樣品進(jìn)行化學(xué)分析，同時(shí)采用瑪瑙研缽將其研磨至60、80及100目，并根據(jù)加工的粒度將其分別編號(hào)為Q-60、Q-80、Q-100。

(2) 化學(xué)分析。

從初碎的石英砂中采集部分樣品進(jìn)行化學(xué)分析，以了解石英的化學(xué)組分，分析的項(xiàng)目主要有SiO2及Al、Fe、Ca、K、Mg、Ti、Li、Cu、B、Mn、Cr等元素。其中 Fe、Al、Ti等雜質(zhì)元素采用原子吸收光譜儀(AAS)檢測(cè)。分析測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 1。

表1 石英原礦化學(xué)分析測(cè)試結(jié)果

(3) 磁選。

將樣品散鋪在玻璃的平面上，用強(qiáng)力磁鐵進(jìn)行除雜，每次吸附的磁性礦物用薄片刮下。將磁選后的樣品標(biāo)記為 QC-60、QC-80、QC-100，測(cè)試并分析Fe雜質(zhì)元素含量變化，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 磁選后樣品中SiO2含量和雜質(zhì)變化

由表2可以得知，通過(guò)磁選工藝處理后的不同粒級(jí)的石英樣品的Al、Fe等雜質(zhì)元素均有明顯下降，Al下降至300～500ppm，F(xiàn)e也下降至200ppm以?xún)?nèi)。

(4) 浮選。

將磁選過(guò)的石英和浮選藥劑加入浮選機(jī)(XFD-0.5型單槽浮選機(jī))，用硫酸作調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)浮選液pH值=3～4，浮選調(diào)漿濃度25%～30%，添加捕獲劑進(jìn)行調(diào)漿，調(diào)漿時(shí)間5min，葉輪轉(zhuǎn)速2 130r/min，刮板轉(zhuǎn)速15r/m3/min。其中，捕獲劑為十八胺，用量為150g/t。將浮選后的樣品標(biāo)記為QF-60、QF-80、QF-100，測(cè)試并分析Fe等雜質(zhì)元素含量變化。詳見(jiàn)表3。

表3 浮選后樣品中SiO2純度和雜質(zhì)變化

由表3可以得知，經(jīng)過(guò)浮選處理后，F(xiàn)e、Ca均有明顯下降，可見(jiàn)通過(guò)以上的浮選工藝對(duì)Fe和Ca的去除效果較明顯。

(5) 酸洗。

用水、濃鹽酸、氫氟酸制成比例為5∶3∶2酸液，酸液與石英的重量比例為3∶1，在50℃攪拌下酸浸2h。將酸浸后的樣品標(biāo)記為QS-60、QS-80、QS-100，測(cè)試并分析Fe等雜質(zhì)元素含量變化，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 酸浸后樣品中SiO2純度和特征雜質(zhì)變化

由表4可以得知，通過(guò)酸浸，各粒級(jí)石英樣品中的Al、Fe等雜質(zhì)元素均有較好的去除效果，F(xiàn)e最低可降至6.82ppm，Ca、K均低于檢出限。

(6) 洗滌與干燥保存。

用pH值=2～3的稀鹽酸洗去殘留在石英表面的酸浸液，用超純水清洗至洗液無(wú)Cl-(用AgNO3溶液檢驗(yàn))。最后在105℃烘箱中保溫3h，然后裝入樣品袋中，密閉保存。

2.4 提純?cè)囼?yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)上述提純?cè)囼?yàn)工藝，對(duì)最終提純后產(chǎn)品進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果詳見(jiàn)表5。由表5可以看出，通過(guò)提純?cè)囼?yàn)可將SiO2含量從99.04%提高至99.91%，雜

表5 提純產(chǎn)品與原礦雜質(zhì)元素含量與SiO2分析結(jié)果對(duì)比

質(zhì)元素含量總和從＞2 511ppm降低至＜200ppm，該工藝具有較好的提純效果。

3 結(jié)論

青海省柴北緣一帶分布有大面積的中酸性侵入巖，且周邊構(gòu)造及侵入巖較發(fā)育，為熱液成因型石英脈成礦提供了有利的地質(zhì)條件，本次工作僅采集了1件樣品進(jìn)行了探索性的半工業(yè)試驗(yàn)，由于采集的樣品較少，具有一定的局限性。高純石英作為一種附加值很高的產(chǎn)品對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)有較大的推動(dòng)作用，同時(shí)該區(qū)熱液成因的石英脈結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及礦石化學(xué)成分等基本一致，因此本次提純?cè)囼?yàn)具有較好的指導(dǎo)作用。

同時(shí)，因不同粒級(jí)范圍的石英具有不同的工業(yè)價(jià)值，而且粒徑越細(xì)加工成本越大，因此本次試驗(yàn)將石英最小加工至100目后進(jìn)行了提純，若進(jìn)一步加工至更細(xì)的粒度，則石英顆粒中的包裹體粉碎，從而更容易將其中的雜質(zhì)去除。

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2017-04-10