石英砂主要杂质的6种常用脱除方法那种更环保?

时间:2019-08-12 09:17 点击:
石英中的元素杂质主要为氧化铁及氧化铝等金属氧化物,其中,部分Fe2O3以氧化膜的形式附着在石英颗粒表面,Al2O3则以黏土矿物(如高岭土、伊利石、云母等)的形式混入。另外,对用于生产高纯石英玻璃的天然石英而言,流体包裹体也是影响产品质量的重要杂质。因此,石英砂的选矿提纯主要是铁杂质、铝杂质和流体包裹体的有效脱除,其方法包括擦洗、磁选、浮选、酸浸、热处理、微生物浸出等。

1、擦洗

擦洗是借助机械力和砂粒间的磨剥力来除去石英砂表面的薄膜铁、粘结及泥性杂质矿物和进一步擦碎未成单体的矿物集合体,擦洗可以擦碎未成单体的矿物集合体,再经过分级作业达到对原料的初步提纯效果。目前,主要有机械擦洗和超声波擦洗。

影响机械擦洗法效果的主要因素是来自擦洗机的结构特点和配置形式,其次为工艺因素(主要包括擦洗时间和擦洗固体浓度)。

超声波擦洗是用超声波对液体中的石英颗粒进行猛烈冲击,从而使颗料表面的微量杂质或水化膜迅速地从石英颗粒表面剥落,在分散剂的作用下成为微细的悬浮物,脱离石英砂,经洗涤分离后,使石英砂纯度大大地提高。

2、磁选

磁选工艺可限度地清除包括连生体颗粒在内的赤铁矿、褐铁矿和黑云母等弱磁性杂质矿物。一般而言,对含杂以褐铁矿、赤铁矿、黑云母等弱磁性杂质矿物为主的石英砂,利用湿式强磁机在8×105A/m以上可以选出;对含杂以磁铁矿为主的强磁性矿物,则采用弱磁机或中磁机进行选别效果比较好。

磁选次数和磁场强度对磁选除铁效果有重要影响,随磁选次数的增加,含铁量逐渐减少;而一定的磁场强度下可除去大部分的铁质,但此后磁场强度即使提高很多,除铁率也无多大变化。另外,石英砂粒度越细,除铁效果越好,其原因是细粒石英砂中含铁杂质矿物量高的缘故。

3、浮选

浮选除去石英中的伴生矿物长石与云母典型的工艺流程是以氢氟酸为活化剂,在强酸条件下(pH=2-3)采用胺类阳离子捕收剂进行浮选。但随着环保意识的增强,现在多采用无氟浮选法。

例如:在强酸(一般为H2SO4)性pH=2-3的条件下,用阴阳离子混合捕收剂优先浮选长石。这种工艺在内蒙古的通辽和新疆的昌吉已获得广泛应用。

美国硅砂选厂在酸性条件下,以石油磺酸钠和煤油为捕收剂,分离出黑云母及含铁矿物,使Fe2O3含量从0.12%-0.18%降0.06%-0.065%。

在高碱性介质条件下(pH=11-12)以碱土金属离子为活化剂,以烷基磺酸盐为捕收剂,可优先浮选石英,实现石英与长石的分离,同时加入非离子表面活性剂,如1-十二烷醇,可使石英回收率急剧上升,而对长石影响不大,从而有利于二者分离。

4、酸浸

酸浸是利用石英不溶于酸(HF除外),其他杂质矿物能被酸液溶解的特点,从而实现对石英的进一步提纯。

酸浸常用酸类有硫酸、盐酸、硝酸、醋酸和氢氟酸。还原剂有亚硫酸及其盐类等。上述酸类对石英中的非金属杂质矿物均有较好的去除效果。各种稀酸对Fe和Al的去除效果明显,而对Ti和Cr的去除则主要利用较浓的硫酸、水和氢氟酸处理。

影响酸处理效果的主要因素是酸浓度、温度、时间、以及洗涤过程等。通常使用上述酸类组成的混合酸进行杂质矿物的酸浸脱除,考虑到HF酸对石英的溶解作用,故HF酸浓度一般不超过10%。酸浸各种因素的控制应根据石英终品位要求,尽量降低酸的浓度、温度和用量,减少酸浸时间,以实现在较低的选矿成本下进行石英提纯。

根据酸浸温度不同,酸浸试验可分为热酸处理和冷酸处理。冷酸处理采用浸泡间歇搅拌浸出法,时间一般为24h。热酸处理一般时间较短,采用搅拌浸出。

5、热处理

石英中的流体杂质通常采用热处理方法去除,如高温氯化脱气法、热或冷爆裂法、微波-酸浸法等,不同形式杂质脱除温度和脱除方法如下:

6、微生物浸出

用微生物浸出石英砂颗粒表面的薄膜铁或浸染铁,是近发展起来的一种除铁技术。国外研究表明,用黑曲霉、青霉、假单胞菌、多黏菌素杆菌等微生物对石英表面薄膜铁浸除时,均取得了较好的效果,其中以黑曲霉菌浸除铁的效果。目前,微生物除铁处于实验室研究阶段,规模化生产尚需进一步试验研究。

石英砂提纯方法及工艺流程由原砂中杂质矿物的赋存状态、选矿成本及精砂制品工业用途所确定。同时,在生产过程中要严防二次污染,如提纯水应采用去离子水,各种专业设备及工具尽可能不污染终产品。

高纯石英砂作为大规模及超大规模集成电路、光纤、激光、航天、军事中的基础材料,其需求量越来越大,已经成为国民经济的战略性产品。结合化学、物理、微生物学、电磁(波)等专业知识,研究高纯石英砂的提纯技术是今后重要的发展方向。