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石英砂问答

石英砂的作用及功能用途(石英砂提纯与深加工技术要点)

发布时间:2023-02-16  人气: 63

我国石英矿资源丰富,区域分布较广,但杂质种类多且赋存状态复杂。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

物理方法主要是通过水洗-分级脱泥、擦洗、磁选和浮选等方法除去石英砂中的杂质,也可以联合几种工艺进一步除杂。

(1)水洗-分级脱泥和擦洗

在石英砂选矿过程中,通常把粒度小于0.1mm的细粒级称为矿泥。针对还有大量黏土及矿泥的石英砂,随着粒度的变细,二氧化硅的品位逐渐降低,而铁、铝等杂质反而上升。采用水洗-分级脱泥方法可有效提高其品位。

房广华等对江苏宿迁马鞍山石英砂进行水洗-分级脱泥,其铁含量可降至0.49%,铝含量降至6.79%。

对于石英砂表面的薄膜铁和粘连性的杂质,水洗-分级脱泥的效果较差,这就需要借助机械力和砂粒之间的磨剥力来去除适应砂表面的薄膜铁及粘连性杂质,在经过分级脱泥就可以实现较好地除杂效果。

研究表明:棒磨擦洗的效果最为理想,一般擦洗浓度在50%-60%,擦洗时间应根据矿石的性质来确定,以初步达到产品质量要求,时间不宜过长,以避免能耗过多及对设备的过大磨损。

牛福生等对云南某地SiO2含量95%-97%的石英矿,采用加药高效强力棒摩擦洗-分级脱泥工艺流程,可得到SiO2≥99.81%的精砂产品。

另外,在擦洗的过程中通过添加助擦剂(如水玻璃),可降低矿物颗粒表面能,提高颗粒之间的电斥力,产生对细粒之间的分散和颗粒的分裂作用,从而起到助擦洗的作用。

(2)超声波除铁法

天然石英砂的颗粒表面容易受到含铁杂质的溶液污染,在表面形成铁质薄膜,造成天然石英砂含铁过高,难以除去的问题。在超声波作用下,石英颗粒表面的铁薄膜便会脱落下来,从而达到除铁等杂质的目的。

(3)重选、磁选和浮选

对于石英砂矿来说,常采用螺旋选矿机、溜槽、摇床等重选设备。

豆中磊等对海南某石英砂进行擦洗后再摇床分选,SiO2含量可由99.3%提高到99.75%,但精矿产率相对较低。

磁选法可一定程度的去除赤铁矿、褐铁矿及黑云母等铁钛杂质。

李宇宏等采用SLon(1.8T)立环脉动磁选机对江西某含铁量0.012%的石英砂磁选,最终铁含量可降至0.0077%。

对于一些赋存在铁矿物颗粒中或赋存于黑云母、石榴石及角闪石等矿物颗粒中的铁杂质,以及赋存于长石中的铝杂质,最有效的去除方法是浮选法。目前浮选主要采用酸性条件,根据所使用的药剂不同可分为有氟浮选和无氟浮选。

但从工业生产来看,有氟浮选仍是最主要的浮选方法,其优势是提纯效果较好,技术成熟,但对设备的腐蚀作用较大,环境污染较为严重。

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。

汪本高等对四川金口河石英砂做了提纯试验研究,将样品粉碎研磨至-0.074mm,水洗将比重小于水的杂质除去;酸浸采用质量分数为10%的盐酸,在温度45℃,酸浸时间为5h的条件下,石英砂的SiO2含量提高到了99.66%,对铁杂质的去除作用明显,由原矿的0.2441%降至71×10-6。

朱平华等对某地普通硅质原料精制提纯,先经过破碎分选,又经HF-HCl混合液酸洗过后,最终获得SiO2含量为98.47%的精制石英砂,其铁、铝的杂质含量分别降至0.019%和0.184%。

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。

张雪梅等通过草酸浸出试验研究了安徽凤阳白云石厂的石英砂,石英砂中的铁含量可由132.0g/t降低到8.5g/t,除铁效率达到了93.6%。

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。

孙茹秋等对某石英砂进行了用黑曲霉浸出其杂质的研究,最终使SiO2含量提高到93.44%。

杨慧芬等研究了草分枝杆菌、赤铁矿、石英的表面电性及其相互作用力。在pH=5的条件下草分枝杆菌与赤铁矿之间的作用力表现为吸引力,而与石英之间的作用力表现为斥力。利用这种差异性,草分枝杆菌可作为赤铁矿的絮凝捕收剂使用。

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。

谢贞付等对湖南某地石英砂采用浮选-酸浸提纯,最终将石英砂中的杂质含量由205.475g/t降到62.9g/t,石英砂纯度达到99.9936%。

刘理根等对湖北薪春某硅石矿进行分级脱泥-强磁选-浮选-混合酸浸工艺,最终获得SiO2含量为99.99%的高纯石英砂。

袁学友等以安微霍山地区石英矿为原料,采用煅烧-水淬-浮选-酸洗-乙醇去离子水混合清洗的工艺,使K、Na元素的杂质质量分数≤1.5×10-6,Al杂质的质量分数≤1.3×10-5,而SiO2含量提高到了99.99%以上。

茆令文等采用煅烧-水淬-水利分级-磁选-浮选-酸浸-超声清洗-高温氯化煅烧脱气等工艺,将石英原矿中的杂质总量由225.96g/t降至25.29g/t。

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。

蒋述兴等以SiO2含量为99.94%的石英粉作为原材料,采用以氧化锆球为研磨介质、研磨桶内壁和搅拌器衬以聚氨酷的搅拌磨,经过12h的粉磨及沉降分级,获得了SiO2含量99.91%,1μm以下的占11.65%的高纯石英粉。

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。

李化健等试验发现碳极高温电弧法在微粉球形化中是较理想的加热方法,用机械整形机对颗粒预整形可提高微粉的球形化效果。

靳洪允等用氧气-乙炔火焰法制备了高纯度的球形石英粉,该方法工艺简化、控制容易、产率高,具有大规模生产球形石英粉的潜力。

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。

林金辉等利用干法机械力化学改性,选择KH-570偶联剂和铝酸盐两种改性剂对石英粉进行复合改性,制得了高品质的球形石英粉。

王凡非等选择KH-550偶联剂作为表面改性剂,结果使超细石英粉的表面羟基数由原来的1.74个/nm2减少至0.42个/nm2,疏水性得到了提高,改性效果明显。

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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