硅石矿 石英 || 硅石矿 || 选矿工艺介绍

石英

一、前言

应时又称硅石，是一种常见的非金属矿物原料，其应用领域非常广泛。中国的应时在矿物加工、净化和深加工方面开发和利用较晚，主要用于建筑业、玻璃制造业、陶瓷业和铸造业。这些领域的一个共同点是，应时需求大，原材料质量要求低。

目前，美国石英砂选矿提纯技术是国外最先进的，其特点是工业产量大、设备专业化、生产自动化程度高。其产品已发展到第六代(杂质总质量分数小于8×10-6，透明度为光学级)。精选提纯制得的高纯、超高纯石英砂已广泛应用于航空空航天、原子能技术、激光、光缆通信、军工等高科技领域。随着科学技术的发展，对高科技硅的需求将大大增加，而水晶资源的枯竭使得人们不得不将注意力转向水晶的替代品——高纯和超高纯应时。因此，积极探索和推动应时选矿提纯技术的进步，实现应时、高纯和超高纯应时的提纯成本，实现大规模工业化生产，对于弥补水晶资源短缺，满足高科技硅的需求具有重要的现实意义。

二、应时选矿提纯方法

石英砂提纯是一项难度较大的分离技术，用于去除应时的少量或微量杂质，获得精制石英砂或高纯度应时。近年来，国内外对应时净化工艺的研究主要集中在以下几个方面:

(1)水洗，分阶段脱泥

应时二氧化硅的品位随着应时粒度的增加而降低，而铁和铝的品位则相反，特别是在含有大量粘土矿物的应时。因此，应时原矿在入选前进行分水脱泥是非常必要的，效果明显。如江苏宿迁马岭山矿原矿化学成分为:SiO279.38%，Fe2O3 1.68%，AL2O311.28%，其粒度成分中-0.1mm级分含量为27.65%。经过预选洗涤和分级脱泥，二氧化硅品位提高到86.36%，Fe2O3下降到0.49%，AL2O3下降到6.79%，净化效果显著。水洗脱泥作为选矿前的预处理方法应用较早，但对应时表面的薄膜铁和粘性杂质矿物的去除效果不明显。

(2)擦洗

擦洗是通过机械力和砂粒间的研磨剥离力去除石英砂表面的薄膜铁、粘结和浑浊的杂质矿物，然后通过分级操作进一步净化石英砂。目前主要有两种方法:棒料摩擦洗涤和机械擦洗。对于机械擦洗，一般认为影响擦洗效果的因素主要来自擦洗器的结构特点和配置，其次是工艺因素。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，在一定程度上增加了净化应时的难度。原则上，擦洗时间应根据初始产品质量要求而定，不应过长。如果洗涤时间过长，会增加设备磨损，增加能耗，增加选矿提纯成本。对于一些应时矿山，机械擦洗的效果并不理想。因此，棒料擦洗的工业应用在国内比较普遍和成熟。如用水冲洗，分阶段脱泥后+0.3mm以上的石英砂用棒摩擦冲洗。结果表明，经过研磨和洗涤后，Fe2O3由0.19%降至0.10%，除铁率达到47.4%。我们在云南应时采用高效强力的化学擦洗，配合适当的工艺和设备，发现效果优于棒条擦洗。棒料洗涤后的收率为49%，高效强力化学洗涤的回收率为73%。加药的目的是增加杂质矿物与应时粒子之间的电斥力，增强杂质矿物与应时粒子之间的分离效果。

(3)磁选

采用磁选技术，可以最大限度地去除赤铁矿、褐铁矿、黑云母等弱磁性杂质矿物，包括连体颗粒。强磁选通常采用湿式强磁选机或高梯度磁选机。一般来说，褐铁矿、赤铁矿、黑云母等弱磁性杂质矿物的应时，可用10000奥斯特以上的湿式强磁选机进行选别；对于含有杂质的强磁性矿物，主要是磁铁矿，最好用弱磁机或中磁机进行分离。上村红-天元用强磁机研究了濑户石英砂的实验条件。结果表明，磁选次数和磁场强度对除铁效果有重要影响。随着磁选次数的增加，铁含量逐渐降低，在一定的磁场强度下，大部分铁可以被去除，但即使在此之后，磁场强度也增加了很多。此外，石英砂的粒度越细，除铁效果越好，这是由于石英砂中含铁杂质矿物含量高。当石英砂中杂质矿物较多时，仅擦洗、脱泥和磁选不能将石英砂净化成高纯砂。为了进一步提高应时纯度和减少杂质，

(4)浮选

鉴于含氟废水对环境的严重影响，国外于20世纪70年代出现了“无氟含酸浮选法”。比如日本，用硫酸或盐酸(PH=2)调浆，加入高级脂肪胺盐和石油磺酸钠的混合捕收剂浮选。无氟无酸浮选法是应时近年来大力发展的长石浮选分离新技术。唐家英等人于1984年开始研究阴阳离子混合捕收剂浮选分离新技术。这种方法是利用应时长石在天然中性介质中的结构和组成差异，合理分配阳离子和阴离子捕收剂的比例，优先浮选长石实现二者的分离。但是无氟无酸浮选法不如HF法和酸法成熟，目前还没有工业化生产的报道。云母和应时的等电点相似，所以很难分离。在酸性条件下使用阴离子捕收剂，或在碱性条件下使用阴阳离子捕收剂，均可获得良好的效果。总的来说，经过洗涤、脱泥、磁选、浮选后，应时的纯度可达99.3%-99.9%，基本满足工业砂的要求。

(5)酸浸

酸浸利用应时不溶于酸(除氢氟酸外)的特性，其他杂质矿物可被酸液溶解，从而实现应时的进一步提纯。酸浸常用的酸有硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸；还原剂包括亚硫酸及其盐类。研究发现，上述酸对应时非金属杂质矿物有较好的去除效果，但对不同金属杂质和酸的种类及浓度有显著影响。一般认为，各种稀酸对铁和铝的去除效果显著，而对钛和铬的去除效果用浓硫酸、王水或氢氟酸酸浸处理。通常，由上述酸组成的混合酸用于通过酸浸去除杂质矿物。考虑到氟化氢对应时的溶解，氟化氢的浓度一般不超过10%。除了酸的浓度外，酸的用量、酸浸时间、温度和矿浆搅拌都会影响应时的酸浸效果。根据应时最终品位要求，控制酸浸的各种因素，尽可能降低酸的浓度、温度和用量，以较低的选矿成本实现应时的提纯。在一些欧美国家，由于应时对中铁的严格要求，对应时的酸浸净化处理进行了系统的研究，并在应时建立了酸浸净化厂。经过酸浸，可以从应时获得纯度为99.99%的高纯度应时。

(6)微生物浸出

微生物浸出应时粒子表面的薄膜铁或浸染铁是一种新开发的除铁技术。根据国外的研究成果，用曲霉菌、青霉菌、假单胞菌、多粘菌素和芽孢杆菌浸出应时表面的薄膜铁取得了较好的效果，其中曲霉菌的除铁效果最好，Fe2O3的去除率达75%以上，精矿中Fe2O3的品位低至0.007%。而且发现大多数细菌和霉菌的预培养培养液与其他菌株一样，由于其可溶性代谢产物的作用，铁的浸出效果更好。目前微生物除铁还处于实验室研究阶段，需要进一步的实验研究才能进行大规模工业化生产。

(七)其他净化方法

由于不同应时产品对杂质矿物含量的要求不同，有时会采用其他一些提纯方法进行进一步提纯，如电分离法，利用应时和杂质矿物的电性略有差异来选择微量金属杂质矿物；热氯化法可以去除应时的气体和液体杂质，以及过程中杂质矿物和金属包裹体对表面的污染，从而进一步净化石英砂。

3.石英砂选矿提纯工艺流程的研究

应时选矿提纯工艺流程很多，一般由应时杂质的种类、含量、赋存状态和产品质量要求决定。石英砂选矿提纯的常见工艺流程如下:

(1)洗涤分级脱泥

在石英砂的风化、沉积和矿化过程中，大量粘土矿物和铁在应时表面形成胶结或粘附矿物。洗涤-分级和脱泥过程以除去粘土杂质矿物、泥质铁和部分薄膜铁是净化这种应时的常用方法。例如，在四川省江津石英矿，通过该工艺去除了-0.1毫米细泥和铁，使得二氧化硅从85.4%增加到97.4%，氧化铁从0.63%减少到0.165%。该工艺一般作为原矿入选前的预处理工艺，可有效去除泥状杂质矿物。

(2)洗涤-脱泥-磁选

一般来说，应时常见的杂质矿物，如褐铁矿、电气石、赤铁矿、黑云母等弱磁性机械，如磁铁矿等强磁性矿石，只能通过磁选去除。在实际生产中，经常使用湿式强磁机进行分离，磁场强度约为13000奥斯特。湖南沉积的硅砂经擦洗脱泥后，氧化铁含量为0.36%。采用SHP-500湿式强磁选机对擦洗脱泥砂进行净化，氧化铁含量为0.16%。

(3)棒料摩擦洗涤-脱泥-磁选-浮选-酸浸

经过擦洗、磁选和浮选分离，低赋存状态的杂质矿物颗粒(包括单体和骨料)已基本去除，二氧化硅纯度一般可达99.5%-99.9%，基本能满足石英砂的大部分工业应用。然而，如果需要进一步用作超高纯度应时，则有必要对以斑点和夹杂物形式与应时粒子表面相关的杂质进行酸浸处理。根据应时不同工业用途对不同杂质矿物(铁、铝、钛、铬)的要求，进行不同浓度和比例的混合酸浸处理。如蕲春某石英岩矿，二氧化硅含量99.76%，含微细包裹体，主要杂质矿物为Fe。经过棒洗、脱泥、磁选、浮选、酸浸等工艺，获得了硅含量在99.99%以上的高纯应时。

(4)高效强力化学洗涤-分级脱泥-磁选

经过对云南某应时的详细、深入的净化实验研究，我们首次创造性地采用了高效、强化学洗涤、分级脱泥、磁选的净化新工艺，并取得了成功。该工艺改进了现有洗涤设备的结构，优化了工艺参数。采用化学药剂高效强力擦洗和分级脱泥，可去除80%以上的杂质铁铝矿。磁选主要去除含铁杂质矿物。经过该工艺，可获得二氧化硅≥99.8%、Fe2O3 ≤0.023%、Al2O3 ≤0.05%、二氧化钛≤0.02%的优质精制石英砂，满足一级光学玻璃砂的要求，精制砂产率高达73%，而磨条洗涤产率仅为49%，二氧化硅回收率为72.8%。经过进一步的复检和酸浸处理，二氧化硅≥99.9%、fe2o 3≤0.0008%的高纯应时该工艺的采用克服了棒料摩擦洗涤造成的铁二次污染和成品率低的缺点。

四.结束语

(1)应时选矿提纯方法和工艺流程一般由以下几点决定:a .原砂中杂质矿物的赋存状态；b .提纯工艺的选矿成本；精制砂产品的工业应用。

(2)一般工业用细砂岩应尽可能选择简单的工艺流程，以降低净化成本。建议采用洗涤-脱泥-磁选工艺，能满足精神品质要求。

(3)高纯度和超高纯度应时作为高技术，有必要通过浮选和酸浸进一步净化应时。高纯和超高纯应时的质量要求一般为二氧化硅≥99.99%，Fe2O3小于1×10-5。在净化过程中，不仅要严格控制分离条件，还要严格要求相应的净化设备，防止二次污染。

(4)首次采用高效强洗-分级-磁选的提纯新工艺，成功地对应时砂岩进行了选矿提纯，克服了棒洗带来的铁二次污染和产率低的缺点。该工艺对实现低成本、高效率的应时提纯除杂具有重要意义。