本溪某鐵尾礦制備高純石英砂試驗

李 肖 徐 彪 胡敏捷 陳煊年

(本鋼集團(tuán)有限公司礦山技術(shù)研發(fā)所)

高純石英砂石英品位達(dá)99.9%以上，屬于中性無機(jī)填料，不含結(jié)晶水，不與被填充物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是一種非常穩(wěn)定的礦物填料，被廣泛應(yīng)用在高級液晶玻璃、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、光纖、激光、航天、軍事等領(lǐng)域中。傳統(tǒng)高純石英砂主要是由一、二級水晶加工而成，隨著一、二級水晶資源逐漸枯竭，自20世紀(jì)開始發(fā)達(dá)國家開始探索用普通石英代替水晶制備石英砂。20世紀(jì)90年代，Kemmochi和Stato用普通石英成功加工制備了用于生產(chǎn)高檔石英玻璃的高純石英粉。我國從20世紀(jì)80年代末開始研究普通石英原料制備高純石英砂，已經(jīng)取得一定進(jìn)展，產(chǎn)品能達(dá)到二、三、四級水晶的水平，但高純、低羥基石英原料的技術(shù)難關(guān)還未攻克，還沒有形成具有自主創(chuàng)新、自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。

本溪某大型鐵選礦廠年處理原礦1 200萬t，產(chǎn)生尾礦700多萬t，全部排入尾礦庫。尾礦庫干堆易產(chǎn)生粉塵污染環(huán)境，同時尾礦庫也是重大危險源，存在環(huán)保和安全方面的隱患，因此需要研究尾礦的綜合應(yīng)用，減少尾礦排放量。該鐵尾礦中石英含量75.5%，可充分回收其中的石英，制備高純石英砂，實現(xiàn)鐵尾礦高附加值利用[1-2]。研究利用鐵尾礦制備高純石英砂，既是對鐵尾礦的綜合利用，也是高純石英砂工藝研究的新方向。用先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，推動經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，對于實現(xiàn)資源利用最大化和綠色生產(chǎn)具有重要作用。

1 試樣性質(zhì)

1.1 試樣組成

試樣取自本溪某大型鐵選礦廠磁選尾礦，不含任何藥劑，粒度較粗，可供回收利用的石英礦物賦存狀態(tài)簡單、結(jié)晶粒度大、品位較高，適宜制備高純石英砂。主要金屬礦物為磁鐵礦、赤(褐)鐵礦，非金屬礦物為石英、長石，其他金屬礦物、非金屬礦物、硫化礦物含量甚微。試樣主要礦物組成見表1。

表1試樣礦物組成%

礦物含量礦物含量磁鐵礦2．8角閃石類、輝石類3．4赤(褐)鐵礦7．3云母1．7其他鐵礦1．1綠泥石、黏土礦物3．9石英75．5方解石3．4其他0．9

試樣石英礦物結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，主要有2種賦存狀態(tài)：一是部分石英礦物與鐵礦物、綠泥石連生(圖1)；二是部分石英礦物呈單體狀態(tài)存在，結(jié)晶粒度較大(圖2)。石英礦物包裹體、鮞狀結(jié)構(gòu)較少，易于單體解離，有利于后續(xù)選別。脈石礦物中綠泥石、方解石等結(jié)晶粒度較大，不易泥化，利于后續(xù)浮選作業(yè)。

圖1 石英礦物與鐵礦物、綠泥石連生

圖2 呈單體形式存在的石英礦物

1.3 粒度分析

試樣整體粒度較粗，-0.074 mm粒級占46.61%，高品位石英礦物主要分布于+0.074 mm粒級中。粒度分析結(jié)果見表2?？紤]到高純石英砂粒度應(yīng)小于0.045 mm，因此應(yīng)通過后續(xù)磨礦細(xì)度控制該尾礦中石英的粒度和形狀，以利于后續(xù)的石英整形與提純。

表2 試樣粒度分析結(jié)果

2 試驗結(jié)果與討論

用鐵尾礦制備高純石英砂的關(guān)鍵是石英礦物的單體解離、磁性和非磁性雜質(zhì)的去除、石英礦物的整形提純處理。在分析礦石性質(zhì)和研究相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)探索性試驗，采用磨礦—磁選除雜—石英反浮選除雜—石英提純工藝流程進(jìn)行制備試驗[3-4]。

2.1 磨礦細(xì)度試驗

按圖2流程進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗，結(jié)果見圖3。

圖3 條件試驗流程

圖4 磨礦細(xì)度試驗結(jié)果

從圖3可以看出，隨著磨礦細(xì)度的增大，石英精礦SiO2品位先上升后趨于平緩，SiO2回收率則逐漸下降。綜合考慮，確定磨礦細(xì)度-0.074 mm 90%較為合理。

假設(shè)攻擊節(jié)點j在前55個信任評價周期內(nèi)表現(xiàn)為正常節(jié)點,在56到115信任周期內(nèi)表現(xiàn)為惡意節(jié)點,以0.7～1.0的幾率展開選擇性轉(zhuǎn)發(fā)與發(fā)送虛假監(jiān)測數(shù)據(jù)。從116信任周期開始停止攻擊,又表現(xiàn)為正常節(jié)點,j的信任變化曲線如圖5所示。

2.2 反浮選硫酸用量試驗

磁選工藝可去除試樣中大部分磁性雜質(zhì)，反浮選工藝則能進(jìn)一步富集石英。石英反浮選關(guān)鍵是抑制高品質(zhì)石英礦物的上浮，同時活化長石等非磁性雜質(zhì)。對磨礦—磁選流程石英粗精礦進(jìn)行1粗1精反浮選硫酸用量試驗[5-7]，流程見圖5，結(jié)果見圖6。

圖5 石英反浮選硫酸用量試驗流程

圖6 石英反浮選硫酸用量試驗結(jié)果

圖6表明，硫酸量低時，反浮選存在“精、尾不分”現(xiàn)象，即石英精礦SiO2品位和SiO2回收率均低；隨著硫酸用量的增加，石英礦物得到有效抑制，石英精礦SiO2品位和回收均不斷升高，最后趨于穩(wěn)定?？紤]到石英精礦品位，確定硫酸用量4 000 g/t為宜。

2.3 石英提純工藝試驗

試樣經(jīng)磨礦—弱磁選—強(qiáng)磁選—1粗8精反浮選流程除雜后，石英精礦SiO2品位可達(dá)99.15%，仍不能滿足高純石英砂99.90%的品位要求。由于常規(guī)物理選礦方法很難再提高石英品質(zhì)，因此采用化學(xué)選礦和粉體表面改性聯(lián)合工藝進(jìn)行再次提純。石英提純工藝流程見圖7。

圖7石英提純工藝流程

石英提純深加工工藝中化學(xué)選礦采用酸洗除雜，目的是去除石英精礦中仍存在的鐵雜質(zhì)和整形磨過程出現(xiàn)的微細(xì)粒雜質(zhì)。采用硫酸、鹽酸和混合酸(專利產(chǎn)品)進(jìn)行酸洗試驗，結(jié)果見表3。

表3石英酸洗酸種類試驗結(jié)果

%

酸類型產(chǎn)品SiO2品位鐵含量Al2O3含量硫酸石英酸洗精礦99．870．0050．036鹽酸石英酸洗精礦99．440．0100．081混合酸石英酸洗精礦99．910．0060．020

從表3可以看出，混合酸酸洗效果最好，可獲得SiO2品位99.91%的酸洗石英精礦，含鐵0.006%， Al2O3含量0.020%。

2.4 全流程試驗

在條件試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行高純石英砂全流程制備試驗，流程見圖8。

圖8高純石英砂制備試驗全流程

全流程試驗可獲得產(chǎn)率20.54%、SiO2品位99.93%、回收率27.19%、白度94.11%的高純石英砂，耐溫1 750 ℃。高純石英砂化學(xué)多元素分析結(jié)果見表4。

表4 高純石英砂化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

3 產(chǎn)品特點

利用鐵尾礦制備的高純石英砂與國外進(jìn)口石英砂進(jìn)行比較，兩種石英砂性能指標(biāo)基本一致。

(1)從化學(xué)成分、粒度分布和微觀形貌來看，高純石英砂與進(jìn)口石英砂基本一致，符合溢流法生產(chǎn)蓋板和液晶玻璃基板的石英砂標(biāo)準(zhǔn)，在主要成分SiO2、Fe2O3含量方面則優(yōu)于進(jìn)口石英砂。

(2)利用高純石英砂生產(chǎn)的玻璃的溫度—黏度曲線表明，高純石英砂的高溫黏度低于進(jìn)口石英砂，說明高純石英砂在高溫下更易于熔制、澄清和排除氣泡。

(3)高純石英砂在軟化點、退火點、轉(zhuǎn)變點、應(yīng)變點方面，與進(jìn)口石英砂相差無幾；黏度和熱膨脹系數(shù)與進(jìn)口石英砂相近，因此由其熔制的玻璃成品性能也具有一致性。

4 結(jié) 論

本溪某選礦廠鐵尾礦采用磨礦—磁選—石英反浮選—石英提純工藝流程，可獲得SiO2品位99.93%、回收率27.19%、白度94.11%、耐溫1750℃的高純石英砂。相比進(jìn)口石英砂，高純石英砂各項性能和主要成分基本一致，在某些方面甚至優(yōu)于進(jìn)口石英砂，可用做高檔玻璃、光學(xué)玻璃、玻璃纖維的原料，是高附加值產(chǎn)品。

鐵尾礦制備高純石英砂的工藝流程結(jié)合了傳統(tǒng)磁選、浮選選礦方法和化學(xué)選礦法與表面改性的提純工藝技術(shù)，是一種新型尾礦資源再利用技術(shù)。利用鐵尾礦制備高純石英砂符合國家綜合利用發(fā)展政策，能提高礦產(chǎn)資源利用率，減少鐵尾礦排放，符合綠色生產(chǎn)的發(fā)展理念。

[1] 毛益平,黃禮富,趙福剛.我國鐵礦山選礦技術(shù)成就與發(fā)展展望[J].金屬礦山,2005(2): 1-5.

[2] 趙一鳴.中國鐵礦資源現(xiàn)狀、保證程度和對策[J].地質(zhì)評論,2004(4):396-417.

[3] 熊大和.SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)分選紅礦的研究與應(yīng)用[J].金屬礦山,2005(8):24-29.

[4] 伍喜慶,劉長森,黃志華.一種鐵礦物與石英分離的有效浮選藥劑[J].礦冶工程,2005,25(2):41-43.

[5] 劉文剛，魏德洲，高淑玲，等.N- 十二烷基- 1,3- 丙二胺在赤鐵礦反浮選中的應(yīng)用[J].東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010(11)：1632-1639.

[6] 胡岳華,王毓華,王淀佐,等.鋁硅礦物浮選化學(xué)與鋁土礦脫硅[M] .北京:科學(xué)出版社,2004.

[7] VIEIRA A M,PERES A E C.The effect of amine type,pH,and size range in the flotation of quartz [J].Minerals Engineering ,2007,20( 10) : 1008-1013.