|
| |
| 硅質原料的選礦提純技術概況 |
| 來源：中國粉體技術網 更新時間：2015-05-04 11:51:36 瀏覽次數： |
|
| |
硅質原料中除了主要礦物石英外，通常伴生有長石、云母、粘土和鐵質等雜質礦物。選礦提純的目的就是根據產品對粒度、雜質含量要求的不同，采用適當的選礦方法和工藝流程提高產品純度、降低雜質含量。石英砂的選礦提純視其中雜質A12O3、Fe2O3、和Ti、Cr等含量、賦存狀態以及對產品粒度要求來進行的。
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。作為重要的工業原料之一，一般認為除了二氧化硅以外的其他都是雜質，所以硅質原料的提純工藝就是盡量提高產品中二氧化硅的含量，而降低其他雜質組分的含量。同時一般認為有害物質就是其中的含鐵雜質和含鋁雜質，所以硅質原料提純方法和工藝流程的進步和發展也主要體現在對含鐵雜質和含鋁雜質的有效脫除上。
1 含鐵雜質的脫除
含鐵雜質在硅質原料中以不同的賦存狀態存在，只有根據含鐵雜質在硅質原料中的賦存狀態選擇合適的選礦方法和工藝流程才能取得較好的效果。鐵在硅質原料中主要以五種形式存在：(1)以細微粒狀態賦存在粘土或高嶺土化的長石中；(2)以氧化鐵薄膜形式附著于石英顆粒表面；(3)鐵礦物或含鐵礦物；(4)以擴散狀態賦存于石英顆粒內部；(5)以固溶體狀態存在于石英晶體內部。針對不同的鐵質賦存狀態，一般有以下分選方法和流程：
1.1 篩分
為了使產品到達相應的粒度指標，必需對硅質原料進行篩分和分級。根據研究硅質原料的質量分布規律表明，si0，的品位隨著硅質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的作用。目前～些發達國家，如美國、日本等國家硅質原料選礦的自動化程度高，廣泛采用各種型式的水力漩流器進行硅質原料的分級處理，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除去石英砂表面的薄膜鐵、粘結及泥性雜質礦物的選礦方法，它可以進一步擦碎未成單體的礦物集合體，再經分級作業達到對硅質原料進一步提純的效果。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自擦洗機的結構特點和配置形式，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，濃度過大或過小，都會降低雜質礦物的擦除效果，而且在一定程度上反而加大了硅質原料的提純難度；擦洗時間原則上以初步達到產品質量要求為基準，不宜過長。時間過長，會加大設備磨損，提高能耗同時造成選礦提純成本的增加。
由于對于某些硅質原料礦石，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礦物和石英密度相差較大的特點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。對某地的硅質原料選礦研究表明，一般來說搖床除鐵、鈦效果好于螺旋選礦機，若粗選和精選作業條件控制適宜，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原料中的含鐵雜質及具有磁性的雜質礦物，有濕式和干式磁選兩種方式。研究表明，隨著磁場強度的增加，雜質的脫出率逐步上升，但是磁場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：同時粒度也是影響磁選效果的重要因素之一，一般來說，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)，其它雜質礦物均能被酸液溶解的特點，從而實現對硅質原料進行進一步提純的化學處理方法。特別是當有害成份以斑點和包裹體形態連接在石英顆粒上的時候就必需以酸處理的方法加以除去。酸處理常用的酸類有硫酸、鹽酸、硝酸和氫氟酸等；還原劑有亞硫酸及其鹽類等。研究發現，上述酸類對石英中的非金屬雜質礦物均有良好的去除效果，但對不同的金屬雜質，酸的種類及其濃度影響較為顯著。一般認為各種稀酸對Fe和Al的去除均有顯著效果，而對Ti和Cr的去除則采用較濃的H2SO4、王水或HF酸進行酸處理。而且影響酸處理效果的主要因素是酸度、溫度、酸處理時間以及最后的洗滌過程。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階段，還沒有實現較大規模的工業應用生產.
1.5 微生物法
礦物的微生物加工技術是最近發展起來的一門新興的礦物加工技術。其顯著特點是投資少、成本低、能耗小、環境污染程度輕。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行浸除時，均取得了較好的效果。其中以黑曲霉素菌浸除含雜質的效果最佳，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，其本質是酶的可溶性代謝物的作用。
2 含鋁雜質的脫除
硅質原料中的含鋁雜質主要來自長石、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礦物以及長石、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混入的鐵質雜質。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陽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·拉奧等研究了長石一石英浮選體系中陰、陽離子混合捕收劑的行為發現，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影響，當捕收劑混合物摩爾比(陰／陽)小于l時，長石浮選回收率提高，如果混合物捕收劑摩爾比(陰／陽)大于1時，長石浮選受到抑制。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，從長石和石英混合物中浮選石英，研究者還發現，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
利用物質之間不同的電性而在電場中實現礦物和雜質分離的一種選礦方法稱為電選。根據電導率的大小將礦物分成3類：導體礦物、半導體礦物和非導體礦物，電選主要就是實現對它們的分離。一般來說，影響電選的因素可以分為兩類：電選設備參數和物料性質。這兩類因素各包括幾個參數，為了成功進行電選，需要對物料的性質和各個參數進行評價。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。礦物性質參數主要有：溫度、濕度、化學藥劑的調整、表面的凈化、礦物的輻射照射、磨礦細度、礦物化學組成以及礦物的粒度和形狀等。靜電選礦現在已經廣泛應用包括非金屬礦選礦在內的多個領域，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
射頻介電選礦技術是利用物質在射頻電場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發展而來的。首先由別爾格及羅森赫芝等人在1963年開展了礦物交流介電分離及礦物介電性測試研究，上個世紀六十年代波爾等人設計了介電分離器，70年代，前蘇聯的別林斯基等人發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交流介電分選的部分研究成果，使介電分離技術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分析用高純單礦物提取，工業合成材料的分離及微體化石的分離，其主要特點是：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)。
中國地質科學院礦物材料研究中心也開展了礦物介電性的基礎研究工作，重點研究了礦物介電常數隨頻率變化的效應，電場強度(包括電場功率、供電電壓)、頻率與礦物在電場中所受介電泳力的關系、電場電極的構成形式，礦物介電分選在射頻條件下最佳介電液體的選配(包括工業介電液體的成本、安全性、易燃性、毒性等問題的解決途徑)。連續介電選礦的自動化流程，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、粉石英進行了射頻介電提純試驗，結合本單位研究開發的新型對輥永磁強磁選礦技術和設備，建立了超純石英及硅微粉綜合深加工流程取得了令人滿意的效果。
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
