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如何让石英砂增值?

浏览数量:0     作者:本站编辑     发布时间: 2021-06-17      来源:本站

近年来,石英砂提纯及深加工技术研究主要围绕选矿提纯(物理法、化学法、生物法和联合提纯法)、硅微粉加工(超细粉碎、球形化处理)和表面改性等方面展开。

1、物理法提纯

常见的石英砂选矿提纯工艺流程如下:

(一)擦洗---分级、脱泥

石英砂在风化沉积成矿过程中,大量粘土性矿物和铁质在石英表面形成胶结物或粘连矿物。采用擦洗---分级、脱泥工艺去除粘土杂质矿物、泥质铁及部分薄膜铁则是这类石英提纯常用的工艺流程。如四川江津石英岩矿采用该工艺降除-0.1mm细泥和铁质,使得二氧化硅从85.4%提高到97.4%,三氧化二铁由原来的0.63%降低到0.165%。该工艺一般作为原矿入选前的预处理工艺,对泥质性杂质矿物进行有效脱除。

(二)擦洗—脱泥—磁选

一般而言,石英常见杂质矿物,如褐铁矿、电气石、赤铁矿和黑云母等弱磁性矿机磁铁矿等强磁性矿只有采用磁选工艺才可降除、实际生产中,多采用湿式强磁机进行选别,磁场强度约在13000奥斯特左右。某地湖湘沉积硅砂在经擦洗脱泥后,砂中含三氧化二铁为0.36%,利用SHP-500型湿式强磁机对上述擦洗脱泥砂进行提纯,可以获得三氧化二铁含量为0.16%。

(三)棒磨擦洗—脱泥---磁选—浮选---酸浸

石英砂原矿在经擦洗、磁选和浮选分离后,赋存较低的杂质矿物颗粒(包括单体、集合体)已基本上被清除干净,二氧化硅纯度一般可以达到99.5%-99.9%,基本上可以满足石英砂大多数工业用途。但要求进一步作为超高纯石英,就必须对以斑点和包裹体形式连生在石英颗粒表面上的杂质做酸浸处理,根据其不同的工业用途对石英不同杂质矿物(Fe、AL、Ti、Cr)的要求,进行不同浓度、配比的混合酸酸浸处理,如蕲春某石英岩矿的二氧化硅含量为99.76%,含细小包裹体,主要杂质矿物Fe、AL、Ti等以粘土矿物和铁的氧化物形态存在。在经过棒磨擦洗—脱泥---磁选---浮选---酸浸工艺后,获得二氧化硅含量为99.99%以上的高纯石英。

(四)加药高效强力擦洗—分级脱泥---磁选

通过对云南某石英提纯做了详细深入的实验研究之后,我们首先创造性的使用加药高效强力擦洗—分级脱泥—磁选这一新的提纯工艺,并获得成功。该工艺是对现有擦洗设备的结构进行了改进,优化了技术参数,通过加药高效强力擦洗和分级脱泥可除去80%以上的杂质铁和铝矿,磁选主要是除去含铁杂质矿物。通过该流程处理后,可获得二氧化硅≥99.8%,三氧化二铁≤0.023%,三氧化二铝≤0.05%,二氧化钛≤0.02%的优质精制石英砂,达到了一级光学玻璃用砂的要求,并且精砂的产率高达73%,而棒磨擦洗产率仅为49%,二氧化硅回收率为72.8%。再进行进一步的复选和酸浸处理,能获得二氧化硅≥99.9%,三氧化二铁≤0.005%,三氧化二铝≤0.05%,二氧化钛≤0.02%的高纯石英,这一工艺的采用,克服了棒磨擦洗带来的铁质二次污染,产率低等缺点。

2、化学法提纯

提纯石英砂的化学方法主要为酸浸法,因其浸出效率高也是最常用的。相对于物理方法,化学法的成本要高,但是提纯效果要好,特别是对石英砂纯度要求较高的情况下,化学提纯更有效。

酸浸中常用的酸有硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸、草酸等。稀酸对铁、铝、镁等杂质去除效果好,而浓的硫酸、氢氟酸对钛、铬杂质去除效果好,因此在实际选矿中,混合酸对石英砂的提纯效果最佳。

草酸属于弱酸,对环境污染小,对设备的腐蚀作用少,且除铁效果明显。其反应机理是草酸与石英砂颗粒表面的铁等杂质反应生成几种络合物,从而脱离颗粒表面达到分离提纯的目的。

此外,针对石英内部的包裹体杂质,通常采用高温氯化煅烧法去除,其原理是将石英加热到1000-1300℃,通入氯气和氯化氢混合气体,以去除气液包裹体里面的碱金属及碱土金属、过渡金属等杂质,经高温氯化后的石英砂纯度能达到99.99%以上。

3、微生物法提纯

微生物浸出是一种利用微生物的生理机能及其代谢产物经氧化、溶解及分解等作用使石英砂表面的杂质成分与石英母体分离的新型提纯方法。

由国外研究发现,使用黑曲霉、草分枝杆菌、青霉、多粘素杆菌等微生物浸出石英砂均有较好的提纯效果。

虽然微生物浸出具有更环保,更节能的除杂优势,但是其浸出时间长,浸出效率低等缺点制约了在工业上的应用。

4、联合提纯

由于不同地区的石英矿性质不同,所含杂质、嵌部粒度也不尽相同,因此,在对预处理后的石英砂进行进一步提纯制备时,需要根据石英砂本身的矿石性质采取不同的联合工艺流程,才能有针对性地除杂,得到高纯度的石英砂。

5、超细粉碎加工

随着高技术领域的迅猛发展,高纯石英粉作为填充材料已显示出广阔的应用前景,在集成电路、催化剂、高级磨料、精细化工等领域应用广泛。

加工过程通常以高纯石英砂为原料,经熔融煅烧、超细磨、分级等工艺生产出合格的超细石英粉。

6、球形化处理

球形石英粉又称球形硅微粉,是指颗粒个体呈球形,主要成分为二氧化硅的无定形石英粉体材料,其制备方法主要有火焰熔融法、等离子加热炉法、化学合成法、水解法等。

目前,我国球形硅微粉产品的纯度、粒度以及产品质量稳定性与国外产品比较还存在一定的差距。

7、表面改性

天然石英粉与高分子材料的亲和能力差,作为填料时往往分散不均匀,甚至成团,对产品的质量影响较大,因此需对石英粉进行表面改性处理,使之具有反应活性。石英砂表面化学改性常用的改性剂有硅烷偶联剂(氨基、环氧基、甲基丙烯基、三甲基、甲基和乙烯基)、铝酸盐偶联剂、钛酸酯偶联剂、硬脂酸复合剂等,其中主要使用的是硅烷偶联剂。

随着科学技术地不断发展,下游应用市场对石英砂的要求也越来越高,这不仅体现在纯度和粒度上,还有向低结晶度、低放射性、球形化方向发展的趋势,并根据不同用途逐步实现功能化、专用化和系列化,这对高纯石英砂的提纯和深加工技术来说,必将迎来更高的挑战和发展空间。


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