硅石提纯工艺研究.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 硅石提纯工艺研究① 孙政元，佟红格尔，李根兴，田优杰 内蒙古自治区矿产实验研究所，内蒙古呼和浩特0 1 0 0 3 1 摘要内蒙古某地硅石矿含有较多的绢云母、长石、赤铁矿、褐铁矿等杂质，原矿中S i O 含量仅为8 5 ．6 6 ％，远不能满足石英产品 要求。采用磁选- 浮选- 酸浸联合工艺获得S i O 品位9 9 ．7 4 ％石英精矿。采用选矿方法提高硅石纯度，对开发利用该硅石矿资源具 有重要意义。 关键词石英；浮选；酸浸 中图分类号T D 9 2文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 3 8 6 0 3 硅石广泛应用于玻璃工业、铸造业、填料领域及生 产金属硅、有机硅化合物等诸多方面。应用于这些领 域的石英产品的一个显著特征是对原料质量要求严 格，需要高纯度S i O ，允许杂质含量很低。本文对内 蒙古某地的硅石进行了提纯试验，取得了较好的效果。 精制的高纯石英中S i O 含量9 9 ．7 4 ％，F e 0 ，含量 0 ．0 1 7 ％，A l 0 ，含量0 ．0 9 ％，为进一步开发利用该硅 石矿提供了实施依据。 1 原矿分析 试验样来自内蒙古某地硅石矿，经岩矿鉴定分析 结果得知，该矿主要矿物成分为石英，灰白色，主要为 块状构造，粒状变晶结构，镶嵌粒状变晶结构为致密块 状细粒结构，石英砂粒度硅质结构或变余细粒砂状结 构。S i O 含量仅为8 5 ．6 6 ％，其次为绢云母、长石、赤 铁矿和褐铁矿等。 石英和长石的晶格形状相同，都是硅酸盐架状结 构J 。该矿石物质组成比较复杂，嵌布粒度微细，这 些原因导致该矿的分选难度。 试验矿样多元素分析结果见表1 。 表1 试样多元素分析结果 质量分数 ／％ S i 0 2 A 1 2 0 3F e 2 0 3C a O M g O K 2 0N a 2 0 M n O 8 5 ．6 6O ．9 1O ．2 20 ．1 40 ．0 40 ．1 50 ．0 3 60 ．0 3 2 选矿试验方案的确定 入选粒度原则上讲，最佳人选粒度应是使杂质化 合物获得最多单体的粒度。事实上，由于含F e 、A l 等 化合物嵌布特性的不同，很难得到它们各自的单体。 因此，本文在相对较宽的粒度级别内对硅石的提纯进 行了探索，其粒度分别为2 0 ～4 0 目、4 0 ～8 0 目、8 0 ～ 1 4 0 目、1 4 0 ～2 0 0 目。根据矿石性质，试验中人选粒度 确定为4 0 ～8 0 目。 选矿方案本试样中影响石英纯度的杂质主要是 F e 、A l 的化合物，如长石、绢云母、赤铁矿、褐铁矿等。 其中赤、褐铁矿硬度与石英接近，粉碎后只有少量单体 颗粒，绝大部分仍与石英呈连生体形态存在，采用磁选 使其与石英分离较为有效。长石和绢云母等则采用浮 选和酸浸工艺予以分离。 原则流程石英原矿_ 粗碎_ 手选- 细碎_ 磁选 一浮选_ 酸浸_ 洗涤一脱水_ 干燥。 3 选矿试验研究 3 ．1 除铁试验 该矿中含铁杂质矿物主要是赤铁矿、褐铁矿。根 据矿石性质，采用湿式强磁选方法进行初选，最大限度 去除含铁杂质，结果见图1 。 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 6 - 2 9 作者简介孙政元 1 9 5 9 一 ，男，黑龙江宝清人，高级工程师，主要从事选冶技术工作。 磁场强度／O , A 1 3 1 11 图1 磁场强度与除铁率关系 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月 孙政元等硅石提纯工艺研究 试验结果表明，随着磁场强度的增加，铁杂质的含 量降低比较明显。在磁场强度为7 1 6 ．1 3k A ／m 时，可 获得硅石粗精矿产率9 5 ．1 1 ％、石英品位9 0 ．0 4 ％的分 离效果。 ’ 3 ．2 浮选试验 浮选分离石英中的云母 绢云母 ，根据原料性质 可有二种形式一是在碱性矿浆中，采用阴离子捕收 剂，正浮选直接浮出石英，绢云母进入尾矿；另一种是 在酸性矿浆中，采用阳离子捕收剂进行反浮选，此时， 被泡沫吸附的是云母 绢云母 ，石英从尾矿中回收。 前者适用于选别组成简单的低品位石英原料；后者适 用于浮选高品位石英原料。两者的原理都是基于石英 与云母矿物表面物化性质的差异，利用它们在选矿药 剂作用下，表现出对气泡不同的亲和力。 由于长石结构中，铝氧四面体对硅氧四面体的取 代，导致两者在很多方面也有细微的差别A 1 3 与S i 4 电价不同，为补偿A 1 3 对s i 4 的取代所造成的电价不 平衡，而引进K 、N a 等碱土金属离子，这些金属离子 与0 2 一之间的离子键键强低、联结力弱、易在水中解 离，使矿物表面留有负电荷的品格，这使得通常情况下 长石的零电点比石英低。同时由于A l 一0 键比S i O 键键强低，破碎时A l O 键更易于断裂，使长石表面 暴露大量A 1 3 化学活性区。这些差异导致石英和长 石的可浮性略有不同，为石英与长石的浮选分离提供 了依据。 根据矿石性质，采用浓矿浆反浮选，以增加细粒的 上浮率，提高脱除杂质的效果。以H s O 。作调整剂， p H 2 ．5 3 ，醚胺 石油磺酸钠作捕收剂，2 号油作起 泡剂，选别结果见图2 。由图2 可看出，经浮选后，除 铝率随药剂用量的增加而增加。达最大值后，再增大 捕收剂用量／Q f I 图2 捕收剂用量与浮选效果关系 捕收剂用量时，脱除铝的效果不明显。捕收剂用量为 4 0 0g ／t 时，除铝率达到7 9 ．5 9 ％。 3 ．3 酸浸研究 原矿经磁选和浮选两次分选之后，赋存较多杂质 的集合体颗粒已基本被清除，硅石精矿品位S i O 9 6 ．6 1 ％、F e 2 0 30 ．0 6 ％、A 1 2 0 30 ．1 8 ％。镜下观察，有 害成分均以斑点和包裹体形态连体在石英颗粒上，要 脱除这类杂质，必须进行酸浸处理。 经试验研究发现，H E l 、H S O 。、H N 0 3 对原矿中所含 的杂质矿物均有溶解去杂作用，但对精矿的杂质矿物溶 解去杂效果较差。试验发现采用混合酸酸浸能产生协 同效应，溶解杂质的作用更强。混合方式盐酸 1 5 ％ 硫酸 1 5 ％ 硝酸 1 5 ％ H F 2 ％ 3 2 1 1 作 为酸浸的酸。按上述顺序依次投酸人槽。 酸液浓度酸液浓度过低，耗时长，产量低且除杂 效果不好。酸液浓度过高，不但会使成本增加，对设备 的腐蚀加剧，增加石英洗涤次数，洗涤水排放治理困 难，而且同样会使S i O 产量降低。经试验，较适宜的 酸浓度为石英混合酸水 1 0 0 5 5 4 5 。 反应温度根据酸浸温度的不同，酸浸试验可分为 热酸处理和冷酸处理两组试验。冷酸处理采用浸泡间 歇搅拌浸出法，时间较长。热酸处理一般时间较短，采 用搅拌浸出。本文采用热酸搅拌浸出法和冷酸浸出法 两种酸浸方法进行处理。 浸出矿浆浓度为5 0 ％～5 5 ％，混合酸酸浸剂浓度 为2 5 ％，硅石粗精矿加温搅拌浸出试验结果见图3 。 时间／h 图3 铁含量随着酸浸温度的变化 从图3 可知，在6 0 ℃条件下，只要处理2h ，其硅 和铁的品位指标就已达到了稳定值 S i O 9 9 ．7 4 ％， F e 2 0 30 ．0 1 7 ％，A 1 2 0 30 ．0 9 ％的高纯石英砂 。因此， 如果采用热酸处理法，其搅拌浸出时间应为2h 。 万方数据 3 8 8 矿冶工程 第3 2 卷 4 结语 内蒙古某地硅石矿主要矿物为石英，杂质矿物主 要为长石、绢云母、褐铁矿、赤铁矿等，由于杂质含量 高，石英品位仅为8 5 ．6 6 ％，且经矿物学分析得知，该 矿石属物质组成比较复杂、嵌布粒度微细的难分选 矿石。 采用磁选一浮选一酸浸这一简单的提纯工艺，针对 内蒙古某地难选硅石矿最终获得石英精矿S i O ，品位 9 9 ．7 4 ％，F e 2 0 30 ．0 1 7 ％，A 1 2 0 30 ．0 9 ％的良好指标，达 到了硅石矿提纯除杂效果。 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 汪洋，杨英，陈华德，等．湛江科华公司石英砂选矿方法研究 [ J ] ．非金属矿，2 0 0 8 3 4 J 6 4 9 ． 周永恒．高纯度石英的酸浸实验研究[ J ] ．矿物岩石，2 0 0 5 9 2 3 2 6 ． 牛福生，倪文．高纯石英砂选矿提纯试验研究[ J ] ．中国矿业， 2 0 0 4 6 5 7 5 9 ． 田金星．高纯石英砂的提纯工艺研究[ J ] ．中国矿业，1 9 9 9 8 5 5 5 8 ． 郑关春．浙江东阳大爽钾长石地质特征及其开发浅谈[ J ] ．非金 属矿，1 9 9 3 4 3 0 3 5 ． 万方数据