湖北某石英矿提纯试验研究_周鹏.pdf

湖北某石英矿提纯试验研究 周鹏 1， 2 高惠民 1， 2 任子杰 1， 2 （1. 武汉理工大学资源与环境工程学院， 湖北 武汉 430070； 2. 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室， 湖北 武汉 430070） 摘要湖北某地发现大量SiO2含量为98.86的石英矿， 为得到优质的石英产品， 进行了选矿提纯试验。首先 将试样筛分为0.6 mm、 0.1～0.6 mm、 -0.1 mm 3个粒级。-0.1 mm粒级作为尾矿直接抛弃； 0.1～0.6 mm粒级采用磁选 浮选酸浸工艺流程进行试验， 首先经高梯度强磁选除铁， 非磁性产品以草酸为抑制剂、 十二胺为捕收剂， 经1粗 1精反浮选去除云母， 浮选精矿以盐酸和硫酸的混合酸为浸出剂， 在酸浸温度为60 ℃、 酸浸时间为6 h条件下酸浸提 纯后， 获得SiO2含量为99.79、 杂质Fe2O3含量为73.7010-6、 白度为90.93的石英砂， 既可以作为光伏玻璃石英砂， 也可以作为石英板材； 0.6 mm粒级酸浸后再经色选， 可以得到SiO2含量为99.85、 杂质Fe2O3含量为62.6510-6的 石英砂， 达到石英板材质量要求。 关键词石英提纯分级浮选酸浸 中图分类号TD923， TD925.6文献标志码A文章编号1001-1250 （2018） -12-104-05 DOI10.19614/ki.jsks.201812019 Study on Purifying of Quartz Sand in Hubei Zhou Peng1Gao Huimin1， 2Ren Zijie1， 22 （1. School of Resources and Environment Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China； 2. Hubei Key Laboratory of Mineral Resources Processing and Environment， Wuhan 430070， China） AbstractA large number of quartzite ore with 98.86 SiO2have been discovered in Hubei. In order to obtain high- quality quartz products，beneficiation purification experiment was conducted. Firstly，the samples were screened into three sizes of 0.6 mm， 0.1～0.6 mm and - 0.1 mm. -0.1 mm particle size product was discarded as tailings directly. Magnetic sepa- ration-flotation-acid leaching process was conducted on 0.1～0.6 mm particle size. Firstly， iron in ore is removed by high gradi- ent high intensity magnetic separation. Mica in non-magnetic products are removed by one roughing one cleaning reverse flota- tion with oxalic acid as inhibitor and dodecyl amine as collector. Finally， quartz sand with 99.79 SiO2， 73.7010-6impurity Fe2O3and 90.93 whiteness can be obtained from flotation concentrate by acid leaching with mixed acid of hydrochloric acid and sulphuric acid as leaching agent and acid leaching at 60 ℃ for 6 h， which can be used not only as photovoltaic glass quartz sand，but also as quartz plate. Quartz sand with 99.85 SiO2and 62.6510-6impurity Fe2O3can be obtained by acid leaching with 0.6 mm particle size and color separation， which meets the quality requirements of quartz plate. KeywordsQuartz purifying， Classification， Flotation， Acid leaching 收稿日期2018-11-05 作者简介周鹏 （1992） 男， 硕士研究生。 总第 510 期 2018 年第 12 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 510 December 2018 石英是由石英砂岩、 长石和石英岩等在自然界 中风化和分解而来， 其化学式为SiO2， 多呈透明或者 半透明状 ［1， 2］。石英矿中主要杂质元素为铝和铁， 一 般存在于长石、 云母等铝硅酸盐矿物中， 可以用浮选 的方法去除 ［3］。采用浮选工艺提纯时， 在强酸环境 下， 十二胺 （盐） 或其酯盐可以作为石英反浮选的捕 收剂， 实现石英和云母的分离 ［4， 5］。石英作为一种重 要的工业矿物原料， 其应用已不再仅仅局限于玻璃 制品等传统领域， 而开始应用于石英板材、 光伏玻璃 砂等领域 ［6-8］。石英板材因其不易刮花、 无毒、 无污 染、 无辐射等特点在家具装潢市场备受欢迎， 制作石 英板材要求石英砂的白度达到90以上 ［9］。随着能 源问题日益严重， 国家开始大力开发太阳能资源， 作 为光伏发电重要组件的光伏玻璃也变得至关重要， 制作光伏玻璃要求石英砂的有色杂质含量低、 透明 度高、 透光性好 ［10］。本研究以湖北某石英矿为原料， 104 ChaoXing 采用磁选浮选酸浸流程进行该石英矿的提纯试 验研究， 探讨了各种分选条件对提纯指标的影响， 使 生产的石英精矿满足石英石板材和光伏玻璃对硅质 原料的要求。 1试验原料及仪器 1. 1试验矿样 试验用石英矿样采自湖北某石英矿， 试样全谱 直读等离子发射光谱仪测试结果表明 SiO2、 Al2O3、 K2O、 Na2O、 CaO、 Fe2O3含量分别为 98.86、 0.58、 0.14、 0.01、 0.03、 0.27。试样的电子探针分析 结果见图1， X射线衍射 （XRD） 测试结果见图2。 由图1、 图2可知 试样主要组成矿物为石英， 脉 石矿物主要为云母类矿物； 试样中含有铁氧化物等 杂质矿物； 试样为含少量云母、 铁氧化物的石英矿。 因此， 试验石英矿的提纯主要是石英与含铁杂质和 云母的分离。 1. 2试验仪器设备及试剂 试验设备 XMB-70 型三辊四筒棒磨机， SLon- 100高梯度磁选机， PK/FD型0.5L单槽浮选机， 85-2 型恒温磁力搅拌器， CS101鼓风干燥箱。 试验试剂 草酸、 硫酸、 盐酸， 均为分析纯， 十二 胺 （盐酸与十二胺摩尔比为1∶1配制） 。 2试验结果与讨论 首先将原矿破碎至-2 mm。考虑到提纯后石英 砂可以用作光伏砂和板材砂， 因此， 将物料筛分为3 个粒级 0.6 mm粒级石英砂用来作为板材砂原料， 0.1～0.6 mm 粒级石英砂用来作为光伏砂原料， -0.1 mm粒级石英砂作为尾矿直接抛弃。 2. 1磁选试验 由于破碎过程会引入部分次生铁， 另外石英矿 石本身也含有铁杂质。对0.1～0.6 mm粒级试样， 首 先使用SLon-100高梯度磁选机进行磁选试验， 背景 磁感应强度为1.4 T， 选用直径2 mm的细钢棒为磁介 质， 通过磁选去除磁性杂质或含有磁性杂质的连生 体， 在磁选后非磁性产品Fe2O3含量仍在0.7以上， 因此， 采用浮选试验降低铁含量。 2. 2浮选试验 对0.1～0.6 mm粒级磁选后的非磁性产品， 在粗 选矿浆浓度为40条件下， 用H2SO4浓度为10溶液 将pH调至2.0～2.5， 以草酸作为石英的抑制剂、 十二 胺作为云母捕收剂进行试验。 2. 2. 1粗选十二胺用量试验 在草酸用量为1 000 g/t， 十二胺用量分别为60、 80、 100、 120 g/t， 浮选时间 （刮泡时间） 为5 min条件 下， 进行十二胺用量条件试验， 结果见图3。 由图3可知 随着十二胺用量的增加， 精矿产率 变化幅度很小， 因为云母密度小且含量很低， 所以十 二胺用量对产率的影响很小； 十二胺用量在100 g/t 时， 浮选精矿的产率最低； 精矿Fe2O3含量随着十二胺 用量的增加， 先迅速下降后小幅提高， 在十二胺用量 为100 g/t时， 精矿Fe2O3含量最低。因此， 粗选十二胺 用量为100 g/t。 2. 2. 2粗选草酸用量试验 在草酸用量分别为800、 900、 1 000、 1 100 g/t， 十 二胺用量为100 g/t， 浮选时间为5 min条件下， 进行草 酸用量条件试验， 结果见图4。 由图4可知 草酸用量对精矿产率的影响很小； 精矿Fe2O3含量随着抑制剂用量的增加先迅速下降， 抑制剂用量为1 000 g/t时， 精矿Fe2O3含量达到最小 值， 为 41410- 6。抑制剂用量过高时， 过量的 周鹏等 湖北某石英矿提纯试验研究2018年第12期 105 ChaoXing ［HC2O4］ -会吸附在云母表面［11］， 导致十二胺和云母不 能产生静电吸附， 所以精矿Fe2O3含量又逐渐上升。 因此， 粗选草酸用量为1 000 g/t。 2. 2. 3粗选浮选时间试验 在草酸用量为1 000 g/t， 十二胺用量为100 g/t， 浮 选时间分别为3、 4、 5、 6 min条件下， 进行粗选浮选时 间条件试验， 结果见图5。 由图5可知 精矿产率随着粗选浮选时间的延长 小幅提高； 精矿Fe2O3含量随着粗选浮选时间的增加 迅速下降， 在粗选浮选时间大于5 min后， 精矿Fe2O3 含量随浮选时间延长降低不明显。因此， 粗选浮选 时间为5 min。 2. 2. 4精选十二胺用量试验 在粗选十二胺用量100 g/t、 抑制剂用量1 000 g/t、 粗选浮选时间为5 min， 十二胺精选用量分别为60、 80、 100、 120 g/t条件下按图6流程进行精选十二胺用 量条件试验。结果见图7。 由图7可知 精选十二胺用量对产率影响较小， 产 率变化幅度基本保持在1个百分点内； 随着精选十二 胺用量的增加， 精矿Fe2O3含量呈先减小后增大的趋势 变化， 精矿Fe2O3含量在精选十二胺用量为100 g/t时最 小。十二胺用量过高时， RNH3离子相互之间会产生 静电斥力 ［12］， 吸附在云母表面的十二胺会减少。因 此， 确定精选十二胺用量为 100 g/t， 此时浮选精矿 Fe2O3含量为34410-6。 2. 3酸浸试验 通过镜下观察， 浮选精矿中杂质矿物已基本被 去除， 但是仍存在少量被铁浸染的黄褐色石英颗粒， 这部分铁只有通过酸浸才能去除。将浮选精矿加入 到四氟乙烯烧杯中， 然后加入浸出酸液， 并放置于恒 温磁力搅拌器上搅拌浸出。 2. 3. 1酸液种类试验 为探究不同酸液种类对酸浸效果的影响， 称取 20 g浮选精矿， 加入不同组分的酸溶液 （均为化学分 析纯试剂） ， 在酸液用量为20 mL， 浸出温度为60 ℃ 条件下， 置于恒温磁力搅拌器中酸浸6 h， 酸液种类 （其中混酸由HCl与H2SO4按体积比为1 ∶ 1配制） 对石英 砂提纯的影响试验结果见表1。 由表1可知， 酸液种类不同， 酸浸提纯效果不同； 与硫酸相比， 盐酸酸浸提纯效果稍好， 混合酸提纯效 果明显优于单一的酸。混合酸能将Fe2O3含量降低到 5010-6以下。考虑到混酸的酸浸效果比较好， 采用 混酸进行酸浸试验。 2. 3. 2酸浸时间条件试验 称取20 g浮选精矿， 加入混酸 （HCl与H2SO4按体 积比为1 ∶ 1配制） 20 mL， 在温度为60 ℃， 时间分别为 金属矿山2018年第12期总第510期 106 ChaoXing 2、 4、 6、 8 h条件下酸浸。酸浸时间对石英砂提纯的试 验结果见图8。 由图8可知 随着酸浸时间的增加， Fe2O3含量逐 渐减少， 并且在酸浸时间为6 h时Fe2O3含量最低； 当 酸浸时间达到6 h时， Fe2O3含量为4810-6。所以， 确 定酸浸时间为6 h。 2. 3. 3酸浸温度条件试验 称取20 g浮选精矿， 加入混酸 （HCl与H2SO4按体 积比为 1 ∶1 配制） 20 mL， 在温度分别为 20、 40、 60、 80 ℃， 时间为6 h条件下酸浸， 酸浸温度对石英砂提 纯的试验结果见图9。 由图9可知 随着酸浸温度的升高， Fe2O3含量先 迅速减小， 并且在酸浸温度为60 ℃时Fe2O3含量最 低； 当酸浸温度为60 ℃时， Fe2O3含量为4810-6； 随 着酸浸温度的继续升高， Fe2O3含量增加。盐酸易挥 发， 高温使盐酸变成气态， 使酸浸液中酸浓度变低， 影响酸浸效果。所以， 确定酸浸温度为60 ℃。 2. 3. 4混酸配比条件试验 称取20 g浮选精矿， 在混酸总用量为20 mL， 酸 浸时间为6 h， 酸浸温度为60 ℃，HCl与H2SO4的体积 比分别为3∶7、 2∶3、 1∶1、 3∶2 （分别标记为混酸A、 混酸 B、 混酸C、 混酸D） ， 考察混酸配比对石英砂提纯的效 果， 结果见图10。 由图10可知， 随着混酸中盐酸比例的增加， Fe2O3 含量逐渐减少， 并且在混酸比例为3∶2时Fe2O3含量 最低。考虑到盐酸浓度过高时， 会挥发产生HCl气 体。所以选择混酸 3， 作为酸浸的药剂。即HCl 与 H2SO4的体积比为1∶1。 2. 4推荐流程 通过条件试验， 确定的最佳工艺流程见图 11， 0.6 mm粒级石英浸出时浸出条件与0.1～0.6 mm 粒级石英酸浸条件相同， 最终精矿指标见表2。由表 2可知， 采用该工艺流程进行石英选矿提纯， 可获得 Fe2O3含量为62.6510-6、 SiO2含量为99.85、 白度为 92.56的0.6 mm 粒级石英精矿Ⅰ， Fe2O3含量为 73.7010- 6、 SiO2含量为 99.79、 白度为 90.93的 0.1～0.6 mm粒级石英精矿Ⅱ。0.6 mm 和0.1～0.6 mm 粒级石英精矿均达到了石英板材砂和光伏玻璃砂标 准。 3结论 （1） 湖北某石英矿主要化学成分 SiO2含量为 98.86 ， 主 要 杂 质 Al2O3、 K2O、 Fe2O3含 量 分 别 为 0.58、 0.14、 0.27。试样的矿物组成主要为石英， 少量的云母和含铁氧化物等杂质矿物。 （2） 将试样筛分为0.6 mm、 0.1～0.6 mm、 -0.1 mm 周鹏等 湖北某石英矿提纯试验研究2018年第12期 107 ChaoXing 3个粒级。-0.1 mm粒级作为尾矿直接抛弃； 0.1～0.6 mm粒级采用磁选浮选酸浸工艺流程进行试验， 首先经高梯度强磁选除铁， 非磁性产品以草酸为抑 制剂、 十二胺为捕收剂， 经1粗1精反浮选去除云母， 浮选精矿以盐酸和硫酸的混合酸 （HCl与H2SO4按体积 比为1 ∶ 1配制） 为浸出剂， 在酸浸温度为60 ℃、 酸浸时 间为6 h条件下酸浸提纯后， 获得的石英砂SiO2含量 为99.79、 杂质Fe2O3含量为73.7010-6、 Al2O3含量 为419.5410-6、 白度为90.93， 既满足光伏玻璃石 英砂Fe2O3含量≤8010-6的质量要求， 又满足石英板 材的要求； 0.6 mm粒级经酸浸后再经色选， 可以得 到SiO2含量为99.85、 杂质Fe2O3含量为62.6510-6、 自然白度为92.56的石英砂， 达到石英板材级别要 求。 参 考 文 献 王宽，彭小敏，靳恒洋. 安徽某石英石提质除铁选矿试验 ［J］ . 现代矿业， 2015 （10） 59-62. 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