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石英石的選礦提純方法
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一、前言
石英又稱硅石，是一種常見的非金屬礦物原料，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。我國的石英選礦提純及深加工開發(fā)利用的比較晚，并且主要用于建筑工業(yè)，玻璃制造，陶瓷工業(yè)和鑄造工業(yè)，這些領(lǐng)域的一個共同點就是石英的需求量大，原料質(zhì)量要求低。
目前，國外以美國的石英砂選礦提純技術(shù)最為先進，特點是工業(yè)化產(chǎn)量大、裝備專業(yè)化和生產(chǎn)自動化程度高，其產(chǎn)品已發(fā)展到第六代（雜質(zhì)總質(zhì)量分數(shù)小于8×10-6，透明度為光學(xué)級）。經(jīng)過選礦提純制成的高純和超高純石英砂已廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能技術(shù)、激光、光纜通訊、軍工等高科技領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，高科技用硅的需求量也將大量增加，而天然水晶資源的日趨枯竭使得人們不得不將目光轉(zhuǎn)向天然水晶的替代品—高純和超高純石英。因此，積極探求和推動石英選礦提純技術(shù)的進步，實現(xiàn)精制石英、高純和超高純石英的成本、大批量工業(yè)化生產(chǎn)、對彌補天然水晶資源的不足，滿足高科技用硅需求具有重要的現(xiàn)實意義。
二、石英選礦提純方法
石英砂提純是除去石英中少量或微量雜質(zhì)，獲得精制石英砂或高純石英的高難度分離技術(shù)，近年來，國內(nèi)外對石英提純工藝研究主要圍繞以下幾個方面進行：
（一）水洗、分級脫泥
石英中的SiO2的品位隨著石英粒度的變細而降低，鐵質(zhì)和鋁制等雜志礦物的品位則正好相反，這種現(xiàn)象在含有大量粘土性質(zhì)礦物石英中尤為明顯。所以在入選前對石英原礦進行水選，分級脫泥是非常必要的，而且效果也是較為明顯的。如江蘇宿遷馬陵山礦石英原礦化學(xué)組成為：SiO279.38%、Fe2O3 1.68%、AL2O311.28%，其粒度組成中-0.1mm粒級含量為27.65%。在對原礦進行預(yù)選水洗、分級脫泥后，SiO2的品位上升到86.36%，F(xiàn)e2O3降低至0.49%，AL2O3降低至6.79%，除雜提純效果較為顯著。水洗、分級脫泥作為一種礦石入選前的預(yù)處理方法，應(yīng)用的較早也很普遍，但對于存在于石英表面的薄膜鐵和粘連性雜質(zhì)礦物，其脫除效果尚不顯著。
（二）擦洗
擦洗是借助機械力和砂粒間的磨剝力來除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結(jié)及泥性雜質(zhì)礦物和進一步擦碎未成單體的礦物集合體，再經(jīng)分級作業(yè)達到石英砂進一步提純的效果，目前，主要有棒摩擦洗和機械擦洗兩種方法，對于機械擦洗，一般認為影響擦洗效果的因素主要是來自擦洗機的結(jié)構(gòu)特點和配置形式，其次為工藝因素，包括擦洗時間和擦洗濃度，研究表明，砂礦擦洗濃度在50%-60%之間效果最好，而且在一定程度上反而加大了石英提純的難度；擦洗時間原則上以初步達到產(chǎn)品質(zhì)量要求為基準，不宜過長，因時間過長，會加大設(shè)備磨損，提高能耗和造成選礦提純成本的增加。由于對于某些石英礦，機械擦洗擦除效果不太理想，因此，在我國棒磨擦洗工業(yè)應(yīng)用較為普遍和相對成熟。如對某地石英原礦經(jīng)水洗、分級脫泥后+0.3mm以上的石英砂進行棒磨擦洗，結(jié)果表明，經(jīng)磨礦擦洗后，F(xiàn)e2O3從0.19%降低到0.10%，鐵的去除率達47.4%。我們在對云南某地石英采用加藥高效強力擦洗，配合適當?shù)墓に嚭驮O(shè)備，結(jié)果發(fā)現(xiàn)比采用棒磨擦洗效果好，棒磨擦洗后收率為49%，而加藥高效強力擦洗回收率為73%。加藥的目的是增大雜質(zhì)礦物和石英顆粒表面的電斥力，增強雜質(zhì)礦物與石英顆粒相互間的分離效果。
（三）磁選
磁選工藝的采用，可以最大限度的清除包括連生體顆粒在內(nèi)的赤鐵礦、褐鐵礦和黑云母等弱磁性雜質(zhì)礦物。強磁選通常采用濕式強磁選機或高梯度磁選機。一般而言，對雜質(zhì)以褐鐵礦、赤鐵礦、黑云母等弱磁性雜質(zhì)礦物為主的石英，利用濕式強磁機在10000奧斯特以上可以選出；對含雜以磁鐵礦為主的強磁性礦物，則采用弱磁機對或中磁機進行選別效果比較好，上村宏﹒田淵平次采用強磁機對瀨戶石英砂進行了實驗條件研究，結(jié)果表明，磁選數(shù)和磁場強度選除鐵效果有重要影響，隨磁選次數(shù)的增加，含鐵量逐漸減少，而一定的磁場強度下可除去大部分的鐵質(zhì)，但此后磁場強度即使提高很多，除鐵率也無多大變化。另外，石英砂粒度越細，除鐵效果越好，其原因是細粒石英砂中含鐵雜質(zhì)礦物量高的緣故。當石英砂原砂中含雜質(zhì)礦物較多時，僅采用擦洗、脫泥和磁選是不能將石英砂提純成高純砂的，為了進一步提高石英的純度和降除雜質(zhì)
（四）浮選
考慮到含氟廢水對環(huán)境的嚴重影響，國外于70年代出現(xiàn)了“無氟有酸浮洗法”如日本在實現(xiàn)長石與石英的分離中，采用硫酸或鹽酸（PH=2）調(diào)漿，加高級脂肪族胺鹽和石油磺酸鈉混合捕收劑浮選獲得成功，無氟無酸浮選法是近年來大力開發(fā)的石英長石浮選分離新工藝，唐甲瑩等從1984年開始研究陰陽離子混合捕收劑浮選分離新工藝，該方法是在自然中性介質(zhì)中，利用石英、長石結(jié)構(gòu)組成的差異，合理調(diào)配陰陽離子捕收劑的配比，優(yōu)先浮選出長石，實現(xiàn)二者的分離。但無氟無酸浮選法不如HF法和酸法成熟，目前尚未見到工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用的報道，云母與石英的等電點相近，分選難度大，采用酸性條件下陰離子捕收劑，或在堿性條件下陰-陽離子捕收劑兩種方法浮選，可獲得很好的效果。一般而言，經(jīng)過擦洗、脫泥、磁選和浮選后，石英的純度可達到99.3%-99.9%，基本上滿足工業(yè)用砂的需求。
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