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| 硅質(zhì)原料的選礦提純技術(shù)概況 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-05-04 11:51:36 瀏覽次數： |
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硅質(zhì)原料中除了主要礦物石英外，通常伴生有長(cháng)石、云母、粘土和鐵質(zhì)等雜質(zhì)礦物。選礦提純的目的就是根據產(chǎn)品對粒度、雜質(zhì)含量要求的不同，采用適當的選礦方法和工藝流程提高產(chǎn)品純度、降低雜質(zhì)含量。石英砂的選礦提純視其中雜質(zhì)A12O3、Fe2O3、和Ti、Cr等含量、賦存狀態(tài)以及對產(chǎn)品粒度要求來(lái)進(jìn)行的。
常用的提純方法和工藝流程有：碎磨、篩分、擦洗；重、磁、浮和電選、酸處理等。作為重要的工業(yè)原料之一，一般認為除了二氧化硅以外的其他都是雜質(zhì)，所以硅質(zhì)原料的提純工藝就是盡量提高產(chǎn)品中二氧化硅的含量，而降低其他雜質(zhì)組分的含量。同時(shí)一般認為有害物質(zhì)就是其中的含鐵雜質(zhì)和含鋁雜質(zhì)，所以硅質(zhì)原料提純方法和工藝流程的進(jìn)步和發(fā)展也主要體現在對含鐵雜質(zhì)和含鋁雜質(zhì)的有效脫除上。
1 含鐵雜質(zhì)的脫除
含鐵雜質(zhì)在硅質(zhì)原料中以不同的賦存狀態(tài)存在，只有根據含鐵雜質(zhì)在硅質(zhì)原料中的賦存狀態(tài)選擇合適的選礦方法和工藝流程才能取得較好的效果。鐵在硅質(zhì)原料中主要以五種形式存在：(1)以細微粒狀態(tài)賦存在粘土或高嶺土化的長(cháng)石中；(2)以氧化鐵薄膜形式附著(zhù)于石英顆粒表面；(3)鐵礦物或含鐵礦物；(4)以擴散狀態(tài)賦存于石英顆粒內部；(5)以固溶體狀態(tài)存在于石英晶體內部。針對不同的鐵質(zhì)賦存狀態(tài)，一般有以下分選方法和流程：
1.1 篩分
為了使產(chǎn)品到達相應的粒度指標，必需對硅質(zhì)原料進(jìn)行篩分和分級。根據研究硅質(zhì)原料的質(zhì)量分布規律表明，si0，的品位隨著(zhù)硅質(zhì)原料粒度的變細而降低，而鐵品位則正好相反。所以篩分和分級還可以起到脫泥以降低含鐵雜質(zhì)的作用。目前～些發(fā)達國家，如美國、日本等國家硅質(zhì)原料選礦的自動(dòng)化程度高，廣泛采用各種型式的水力漩流器進(jìn)行硅質(zhì)原料的分級處理，并取得了良好的效果。
1.2 擦洗、重選
擦洗是借助機械力和砂粒間的磨剝力來(lái)除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結及泥性雜質(zhì)礦物的選礦方法，它可以進(jìn)一步擦碎未成單體的礦物集合體，再經(jīng)分級作業(yè)達到對硅質(zhì)原料進(jìn)一步提純的效果。目前，主要有棒磨擦洗、機械擦洗和超聲波擦洗等方法。對于機械擦洗，一般認為影響擦洗效果的因素主要是來(lái)自擦洗機的結構特點(diǎn)和配置形式，其次為工藝因素，包括擦洗時(shí)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，濃度過(guò)大或過(guò)小，都會(huì )降低雜質(zhì)礦物的擦除效果，而且在一定程度上反而加大了硅質(zhì)原料的提純難度；擦洗時(shí)間原則上以初步達到產(chǎn)品質(zhì)量要求為基準，不宜過(guò)長(cháng)。時(shí)間過(guò)長(cháng)，會(huì )加大設備磨損，提高能耗同時(shí)造成選礦提純成本的增加。
由于對于某些硅質(zhì)原料礦石，機械擦洗擦除效果不太理想，因此，在我國棒磨擦洗工藝應用的較為普遍和相對成熟。重選主要是利用雜質(zhì)礦物和石英密度相差較大的特點(diǎn)而除去它們的一種選礦方法，重選包括水洗脫泥、水力分級和搖床選礦三種，常采用的設備主要是螺旋選礦機、溜槽和搖床等。對某地的硅質(zhì)原料選礦研究表明，一般來(lái)說(shuō)搖床除鐵、鈦效果好于螺旋選礦機，若粗選和精選作業(yè)條件控制適宜，精礦Fe2O3含量可降到0.05％左右；但搖床占地面積大，處理能力低(一般為數百kg／h)，而且耗水量大，操作條件較復雜，不宜用于低附加值的石英砂的精制。
1.3 磁選
磁選的目的主要是除去硅質(zhì)原料中的含鐵雜質(zhì)及具有磁性的雜質(zhì)礦物，有濕式和干式磁選兩種方式。研究表明，隨著(zhù)磁場(chǎng)強度的增加，雜質(zhì)的脫出率逐步上升，但是磁場(chǎng)強度增加到一定程度后脫除率變化不大；磁選次數也對雜質(zhì)的脫除率有影響，次數越多脫除率逐步上升，到達～定程度后其變化不再明顯：同時(shí)粒度也是影響磁選效果的重要因素之一，一般來(lái)說(shuō)，入選石英砂的粒度越細磁選效果越好，因為細粒礦物中的含鐵雜質(zhì)礦物也越多。
1.4 酸處理
酸處理是利用石英不溶于酸(HF除外)，其它雜質(zhì)礦物均能被酸液溶解的特點(diǎn)，從而實(shí)現對硅質(zhì)原料進(jìn)行進(jìn)一步提純的化學(xué)處理方法。特別是當有害成份以斑點(diǎn)和包裹體形態(tài)連接在石英顆粒上的時(shí)候就必需以酸處理的方法加以除去。酸處理常用的酸類(lèi)有硫酸、鹽酸、硝酸和氫氟酸等；還原劑有亞硫酸及其鹽類(lèi)等。研究發(fā)現，上述酸類(lèi)對石英中的非金屬雜質(zhì)礦物均有良好的去除效果，但對不同的金屬雜質(zhì)，酸的種類(lèi)及其濃度影響較為顯著(zhù)。一般認為各種稀酸對Fe和Al的去除均有顯著(zhù)效果，而對Ti和Cr的去除則采用較濃的H2SO4、王水或HF酸進(jìn)行酸處理。而且影響酸處理效果的主要因素是酸度、溫度、酸處理時(shí)間以及最后的洗滌過(guò)程。目前，我國對石英的酸處理處理僅處于試驗室研究階段和小規模生產(chǎn)階段，還沒(méi)有實(shí)現較大規模的工業(yè)應用生產(chǎn).
1.5 微生物法
礦物的微生物加工技術(shù)是最近發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的礦物加工技術(shù)。其顯著(zhù)特點(diǎn)是投資少、成本低、能耗小、環(huán)境污染程度輕。據國外研究表明用黑曲霉素、青霉、假單胞菌、多粘菌素桿菌等微生物對石英表面薄膜鐵進(jìn)行浸除時(shí)，均取得了較好的效果。其中以黑曲霉素菌浸除含雜質(zhì)的效果最佳，Fe2O3的去除率多在75％以上，精礦Fe2O3的品位可以降到0.007％左右。并且，發(fā)現用大多數細菌和霉菌預先栽培好的培養液浸出鐵的效果更好，就像其它菌種一樣是由于它們的可溶性代謝物的作用，其本質(zhì)是酶的可溶性代謝物的作用。
2 含鋁雜質(zhì)的脫除
硅質(zhì)原料中的含鋁雜質(zhì)主要來(lái)自長(cháng)石、云母和粘土礦物。對于粘土礦物中的氧化鋁成分可由擦洗、分級脫泥流程去除，而對存在于長(cháng)石和其他礦物中的氧化鋁，則主要采用浮選和電選等方法以達到脫除氧化鋁的目的。
2.1 浮選
對于石英顆粒內呈浸染狀或透鏡狀的含鐵雜質(zhì)礦物以及長(cháng)石、云母、角閃石、葉臘石、高嶺土等礦物一般用浮選法脫除，另外用浮選也可以除去粗磨時(shí)混入的鐵質(zhì)雜質(zhì)。常用的浮選方法是使用硫酸為pH調整劑和以DWBE和SHN為混合捕收劑的硫酸浮選法；使用氫氟酸為活化劑和胺類(lèi)陽(yáng)離子捕收劑的氫氟酸法以及使用Ys或SHN為捕收劑的陰離子浮選法。
K·H·拉奧等研究了長(cháng)石一石英浮選體系中陰、陽(yáng)離子混合捕收劑的行為發(fā)現，SDS／胺混合捕收劑比單一捕收劑具有更高表面活性，混合物構成的摩爾比對浮選具有顯著(zhù)影響，當捕收劑混合物摩爾比(陰／陽(yáng))小于l時(shí)，長(cháng)石浮選回收率提高，如果混合物捕收劑摩爾比(陰／陽(yáng))大于1時(shí)，長(cháng)石浮選受到抑制。最近也報道了加入堿土金屬離子Ca2+、Ba2+和Sr2+作為活化劑，用烷基磺酸鹽作為捕收劑，在高pH值條件下，從長(cháng)石和石英混合物中浮選石英，研究者還發(fā)現，添加非離子型活性劑如1一十二烷基醇使石英回收率明顯提高。
2.2 靜電選礦
利用物質(zhì)之間不同的電性而在電場(chǎng)中實(shí)現礦物和雜質(zhì)分離的一種選礦方法稱(chēng)為電選。根據電導率的大小將礦物分成3類(lèi)：導體礦物、半導體礦物和非導體礦物，電選主要就是實(shí)現對它們的分離。一般來(lái)說(shuō)，影響電選的因素可以分為兩類(lèi)：電選設備參數和物料性質(zhì)。這兩類(lèi)因素各包括幾個(gè)參數，為了成功進(jìn)行電選，需要對物料的性質(zhì)和各個(gè)參數進(jìn)行評價(jià)。影響電選的設備參數通常包括電極位置、分離板位置、電極電壓、大氣壓力、轉鼓和給料系統表面的粗糙度和所用的材料。礦物性質(zhì)參數主要有：溫度、濕度、化學(xué)藥劑的調整、表面的凈化、礦物的輻射照射、磨礦細度、礦物化學(xué)組成以及礦物的粒度和形狀等。靜電選礦現在已經(jīng)廣泛應用包括非金屬礦選礦在內的多個(gè)領(lǐng)域，包括用于粉煤灰中末燃盡煤的分選，以及用于種子的靜電分選中。
2.3 射頻介電選礦
射頻介電選礦技術(shù)是利用物質(zhì)在射頻電場(chǎng)中收到的作用力不同而達到分選效果的一種選礦方法。它是由試驗室的介電分離技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。首先由別爾格及羅森赫芝等人在1963年開(kāi)展了礦物交流介電分離及礦物介電性測試研究，上個(gè)世紀六十年代波爾等人設計了介電分離器，70年代，前蘇聯(lián)的別林斯基等人發(fā)展了交流介電分離方法，八十年代泰勒等人介紹了試驗室和半工業(yè)交流介電分選的部分研究成果，使介電分離技術(shù)擴大到了選礦試驗室試驗，提交了對金紅石、鋯英石、重晶石、剛玉、電氣石、石榴石、天青石等礦物的交流介電分選試驗。
七十年代至八十年代，試驗室高頻及中頻介電分離方法主要用于巖礦鑒定及化學(xué)分析用高純單礦物提取，工業(yè)合成材料的分離及微體化石的分離，其主要特點(diǎn)是：對密度相近、磁性、電磁性相近，但介電性有差別的礦物的分離是有效的。一般介電常數差別大于2，分選效果比較明顯，如試驗條件掌握準確；對介電常數差別大于I的兩種礦物也可以獲得較好的分選效果；對于介電常數差別大的金屬礦物與非金屬礦物，分選程度高，回收率高，而且樣品的粒度也可以到達很細的級別(微米級)。
中國地質(zhì)科學(xué)院礦物材料研究中心也開(kāi)展了礦物介電性的基礎研究工作，重點(diǎn)研究了礦物介電常數隨頻率變化的效應，電場(chǎng)強度(包括電場(chǎng)功率、供電電壓)、頻率與礦物在電場(chǎng)中所受介電泳力的關(guān)系、電場(chǎng)電極的構成形式，礦物介電分選在射頻條件下最佳介電液體的選配(包括工業(yè)介電液體的成本、安全性、易燃性、毒性等問(wèn)題的解決途徑)。連續介電選礦的自動(dòng)化流程，并提出了高頻高壓高梯度濕法介電選礦的模式，先后設計并研制了五代從試驗室型高、中頻介電分離儀到射頻介電選礦設備的樣機，并在此基礎上進(jìn)行了若干礦種分選試驗，取得了一批新的成果。他們對河北、江蘇、安徽、江西等地的脈石英、粉石英進(jìn)行了射頻介電提純試驗，結合本單位研究開(kāi)發(fā)的新型對輥永磁強磁選礦技術(shù)和設備，建立了超純石英及硅微粉綜合深加工流程取得了令人滿(mǎn)意的效果。
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