從石英原料中去除雜質的方法。
煅燒 - 水淬
石英經過煅燒和水淬。 在石英高溫煅燒過程中,隨著溫度的公升高,石英晶體會膨脹,促使石英表面產生大量裂紋。 裂紋通常發生在晶體結構的介面和缺陷處,通過改變煅燒的溫度和時間,使夾雜物開裂,雜質暴露在新的表面,從而在後續工藝中有效去除[1,4,6]。
石英砂原料焙燒後,隨著溫度公升至900 °C,保溫時間為2 h,雜質鐵去除率達到41%,石英原料吸水峰大大降低,表明焙燒後石英砂內部的夾雜物被去除,達到淨化效果[7]。 洗滌-分級-清淤-洗滌
在石英礦的磨礦過程中,一些容易混濁的礦物會形成細粒汙泥,對後續的分離產生不利影響[4],水洗和級配脫泥對去除附著在石英礦表面的土壤礦物有很好的效果[1]。
擦洗是在砂粒間的機械外力和磨粒剝離力的作用下,去除石英砂表面的膜鐵、粘稠、渾濁雜質礦物,然後通過脫泥工藝達到石英砂的除雜效果。 洗地機的結構、洗地時間、洗樣的濃度、洗地次數等工藝因素都會影響最終的洗地效果。 擦洗技術主要分為棒磨、擦洗和機械擦洗。 機械擦洗可應用於企業加工,可生產大量產品,且操作簡單,成本低,缺點是除鐵率低。 在棒材研磨和擦洗過程中,加入適當的化學品,以增加雜質礦物和石英顆粒表面的電排斥力,增強雜質礦物與石英顆粒之間的分離。 與機械擦洗相比,棒材磨料擦洗比機械擦洗更有效,但不能應用於批量生產[2]。
重選-磁選-浮選
重力分離是根據礦物的不同比重對礦物進行篩選。 由於礦物顆粒的密度不同,它們受到介質中不同流體和機械力的影響,導致鬆散的分層,從而使礦石顆粒分離[8]。
磁選是利用石英中雜質礦物的磁導率差異,在磁場作用下分離磁性雜質礦物。 石英砂中的石英是一種抗磁性物質,在磁場中不能被磁化,而大部分含有Fe和Ti的雜質是順磁性物質,可以被磁化,這樣通過磁選可以去除含有Fe和Ti的雜質,可以得到高含量的石英砂。 影響磁選效果的因素包括磁場強度、礦漿濃度、礦石粒度等[8]。
浮選是利用礦物表面的天然或疏水性,攪拌樣品產生氣泡,然後將礦石顆粒帶到氣泡層進行提純。 目前石英浮選法有無氟酸法、無氟無酸法、氟酸法三種。 根據雜質礦物的種類,可分為正浮選和反浮選。 由於石英中存在大量的雲母和長石,它們的表面性質與石英相同,在浮選過程中比較困難。 雖然可以去除,但只能在表面上去除[2]。 影響浮選效果的主要因素有浮選藥劑的選擇、漿料的濃度、漿料的pH值、石英的粒度等。
磁選浮選工藝對單體的解離度要求較高,對破碎至中細晶粒的石英有較好的淨化效果,一般用於石英粉的生產或作為石英砂生產的預處理工藝,但不適用於嵌粒細小、包埋關係複雜的石英礦石[9]。 酸浸
礦物夾雜物混合酸溶利用石英只能溶於氫氟酸,其他礦物夾雜物雜質可由酸溶解,實現石英與雜質的分離,常用的酸有硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸等。 硫酸對硫化礦和黃鐵礦有良好的溶解作用,鹽酸對方解石、白雲石和方鉛礦有良好的溶解作用,硝酸對黃鐵礦、白鐵礦和砷、黃鐵礦等有良好的溶解性,氫氟酸對矽酸鹽礦物有良好的溶解性。 天然石英礦物中的雜質種類繁多,存在形式複雜,利用混合酸溶解石英中礦物包裹體的雜質,對石英砂的淨化效果最好[5]。
研究發現,在酸浸過程中使用混合酸對去除雜質更有效,而且石英會被氫氟酸溶解,因此混合酸中氫氟酸的濃度不宜過高[8]。 影響酸浸效果的因素有:酸浸時間、酸濃度、洗滌工藝和溫度等。
高溫氯化脫氣法
高溫氯化脫氣法對氣液夾雜物的去除有一定效果,但部分金屬氧化物的氯化機理還比較複雜,特別是高溫氯化的初始溫度仍存在問題,美國Unimin公司主要利用該技術生產高純石英砂,Unimin在該技術上一直處於世界領先地位[10]。
Sato和Kemmochi等[11]將高溫氯化、磁選、電選與現行技術相結合,將高溫氯化、磁選、電選相結合,使石英砂中的雜質含量大大降低,達到了生產高檔石英材料的標準。
高溫爆破法
在石英高溫焙燒過程中,隨著溫度的公升高,流體夾雜物的內壓大於石英對夾雜物的結合壓力,流體夾雜物的內部雜質可以通過突然爆裂釋放出來,然後流體夾雜物的內部雜質可以通過後續的酸洗溶解。 絕大多數流體夾雜物在達到均勻溫度時會爆裂,但並非所有流體夾雜物在高溫下都會爆裂。 流體夾雜物內壓的增加主要是通過流體夾雜物在高溫下爆裂時的溫度公升高來實現的,適當選擇較高的溫度可能會對流體夾雜物的爆裂產生較好的效果。 在高溫真空焙燒過程中,石英內部流體夾雜物的內部壓力急劇膨脹,同時,由於爐內真空度高,流體夾雜物的內外形成巨大的壓差,增加了流體夾雜物爆裂的可能性[5]。
2024第二屆安徽國際石英產業大會暨展覽會。