太陽能光伏玻璃原料用砂的提純試驗研究

馬菊英，金成彬，彭春艷

太陽能光伏玻璃原料用砂的提純試驗研究

馬菊英1，金成彬1，彭春艷2

（1.蚌埠玻璃工業設計研究院，安徽 蚌埠 233018；2.建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024）

在對陜西某地的石英巖礦進行工藝礦物分析基礎上，采用磨礦、分級、磁選、擦洗、浮選等工藝進行選礦提純研究。試驗結果表明：采用磨礦—分級—磁選—擦洗—浮選組合工藝后，可獲得石英精砂SiO299.89%、Al2O30.017%、Fe2O30.0054%、TiO20.01%，達到了光伏玻璃用砂的要求。

石英巖礦；提純試驗；太陽能光伏玻璃

1 前言

能源是人類生存、經濟發展的重要基石，隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約社會經濟發展的瓶頸，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發太陽能資源，尋求經濟發展的新動力。太陽能光伏發電已成為太陽能利用的首選方向，并在發達國家得以廣泛應用，光伏玻璃作為太陽能發電的重要組件，要求有色雜質含量低、高度透明、透光性好，因此光伏玻璃生產中對硅質原料要求十分嚴格。

太陽能光伏玻璃用石英砂化學指標(%)為：SiO2≥99.5、Al2O3≤0.05、Fe2O3≤0.006、TiO2≤0.02；粒度指標為：+0.6mm≤0.5%、-0.6～+0.125mm≥95%、-0.125mm≤4.5%。

本文探索了陜西某地石英巖礦選礦提純工藝，在對該石英巖礦工藝礦物分析基礎上，采用磨礦、分級、磁選、擦洗、浮選等方法進行研究，生產的石英精砂滿足了光伏玻璃對硅質原料的要求。

2 原礦性質

試驗所用的樣品為陜西某地石英巖礦表層樣，礦石堅硬，塊狀構造，樣品表面呈黑色、黃褐色，部分半透明，斷口有油脂光澤。樣品經破碎、篩分，混勻、縮分制得-3mm粒級作為本次試驗原料。

2.1 礦物組成

經顯微鏡下鑒定、X-射線衍射物相分析和掃描電鏡觀察：該礦主要成分為石英，其次為長石、云母、綠泥石、泥質物；鐵礦物有磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦及鐵質污染物等物，各礦物含量(%)：石英90.34、長石3.9、云母2.0、綠泥石2.0、泥質物1.0、磁鐵礦0.11、鈦鐵礦0.10、赤鐵礦0.09、褐鐵礦0.24、鐵質物0.12、其他0.1。其中赤鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦呈細粒—微細粒狀產出，分別有16.5%連生狀態和21.4%包裹狀態；褐鐵礦為不規則細粒、微粒狀，多分散分布在石英、長石、綠泥石等礦物的裂隙或邊緣部位，80%以上呈連生、包裹態存在，呈單體礦物者較少見。鐵質污染物為微粒褐鐵礦與泥質混雜而成，多充填在石英的裂隙或呈皮膜狀附著在其表面，與石英交生密切，較難徹底分離，鐵的化學物相分析見表1。

表1 試樣中鐵的化學物相分析結果

2.2 多元素分析

試樣多元素分析結果(%)：SiO298.57、Al2O30.31、FeO 0.065、Fe2O30.373、TiO20.049、K2O 0.077、CaO 0.011、MgO 0.011、Na2O 0.032、LOI 0.27。

根據試樣多元素分析結果可知，Fe2O3和Al2O3含量遠遠高于太陽能光伏玻璃用砂要求，因此，需要對試樣進行選礦提純，根據石英砂Fe、Al分布特性，試驗過程以Fe2O3含量為試驗條件判斷依據。

3 結果與討論

3.1 磨礦—分級試驗

為滿足太陽能光伏玻璃對原料粒度要求，需進行磨礦作業將粗粒級磨碎至合格粒級，磨礦介質回轉過程中與礦物間相互摩擦和棒磨擦洗，有助于雜質礦物的分離，便于后續工序的提純，磨礦的好壞決定了礦物的解離程度，影響分選效果，磨礦粒度過粗，則磨礦效率低下，磨礦粒度過細，會造成精砂產率降低。

磨礦后附著于石英顆粒表面的泥質和粘土礦物被剝離，以細顆粒形態混合于礦漿內，為實現這些雜質礦物與目的礦物分離，同時控制產品粒度下限(-0.125mm)，對磨礦產品進行分級試驗，試驗主要考察分級的上升水量對沉砂中細粒級含量的影響，同時控制分級溢流的“跑粗”。磨礦—分級試驗結果見表2。

表2 磨礦—分級試驗條件及結果

由表2可知，上升水量增加，分級沉砂產率和沉砂中細粒級含量降低，分級溢流中+0.125mm含量增加；當上升水量為40L/h時，分級沉砂中-0.125mm粒級的含量為4.39%，滿足太陽能光伏玻璃用砂粒度要求，分級溢流中跑粗較少。綜合考慮用水量的問題，確定分級作業上升水量為40L/h。

3.2 磁選試驗

為除去試樣在破碎、磨礦過程中混入的機械鐵和試樣中的磁性礦物，將磨礦—分級后的精砂作為入選砂進行磁選試驗。磁選試驗條件及結果見表3。

表3 磁選試驗條件及結果

由表3可知，隨著磁場強度的增加，磁選精砂中Fe2O3含量隨之降低，當磁場強度達到7 000×80A/m后，磁場強度增加，精砂中Fe2O3含量變化不明顯，確定磁選的最佳磁場強度為7 000×80A/m。

3.3 重選—磁選試驗

試樣中存在少量的密度較大的重礦物，這些重礦物主要是含鈦、鐵等礦物，這些雜質礦會影響產品的純度和白度，最終會影響光伏玻璃的透明度，本試驗主要采用φ600mm螺旋溜槽、磨礦—分級的精砂作為入選砂進行重選—磁選試驗。重選—磁選的精砂結果見表4。

表4 重選—磁選試驗條件結果

由表4可知，重選可有效降低精砂中Fe2O3含量，分級精砂經重選后，Fe2O3含量由0.075%降低到0.059%，兩次重選和一次重選精砂指標中Fe2O3含量變化不大，確定選用一次重選。重選精砂再磁選后Fe2O3含量為0.017%，該結果要優于未經過重選作業直接磁選的結果，因此，試驗確定選用一道重選作業。>

3.4 擦洗試驗

擦洗是借助于機械外力和砂粒之間的磨剝力來除去石英砂表面的薄膜鐵、膠結物和泥質，加酸介質有助于未成單體礦物集合體的碎裂，再經脫泥作業達到進一步提純的效果。重選—磁選精砂作為加酸擦洗試驗的入選砂，擦洗試驗主要探索擦洗介質用量和擦洗時間對精砂中Fe2O3含量的影響。擦洗介質用量試驗見圖1，擦洗時間試驗見圖2。

圖1 擦洗介質用量試驗

圖2 擦洗時間試驗

由圖1和圖2可知，介質擦洗能進一步降低精砂中Fe2O3含量，提高精砂質量，隨著擦洗時間延長和介質用量的增加，擦洗精砂中Fe2O3含量隨之降低。H2SO4用量為18.4kg/t，擦洗時間10min較為適宜，時間過長，指標略好，但會加大設備的磨損，提高能耗的同時增加選礦成本。

3.5 浮選試驗

浮選是為了除去石英顆粒內浸染狀或透鏡狀的含鐵雜質礦以及長石，云母等含鋁雜質的礦物，利用石英與長石等雜質礦物Zeta電位的不同，硫酸為調整劑、采用混合捕收劑，在pH值=2～3的酸性環境中進行的反浮選試驗，磨礦—分級—重選—磁選—擦洗后的精砂為浮選試驗入料。試驗主要探索浮選藥劑用量對精砂指標影響。捕收劑用量對精砂中Fe2O3影響見圖3。

圖3 捕收劑用量試驗

由圖3可知，捕收劑用量增大，精砂產率降低，精砂中Fe2O3含量降低，捕收劑用量為0.75kg/t時，精砂中Fe2O3為0.005 8%，最終精砂的多元素分析結果(%)：SiO299.72、Al2O30.017、Fe2O30.005 8、TiO20.01、K2O 0.054、CaO 0.006 5、MgO 0.0084、Na2O 0.017、LOI 0.16。

由此可知，陜西某地脈石英巖礦經磨礦、分級、重選、磁選、擦洗、浮選組合工藝流程選別后，精砂各項化學指標和粒度組成均滿足太陽能光伏玻璃對硅質原料質量要求。

4 結語

(1) 磨礦—分級作業能夠有效控制石英砂粒度，同時磨礦起到一定的擦洗作業，有利于石英顆粒表面膠結物、粘土礦物的分離。

(2) 對含鈦鐵礦的石英砂，重選、磁選作業有較好的提純效果。

(3) 擦洗、浮選作業可以大幅度降低石英砂Fe2O3和Al2O3含量，最佳的擦洗介質用量為18.4kg/t，擦洗時間10min，浮選捕收劑用量0.75kg/t。

(4) 通過對選礦提純工藝試驗探索，采用磨礦、分級、重選、磁選、擦洗、浮選組合工藝可獲得滿足太陽能光伏玻璃對硅質原料的要求。

(5) 擦洗、浮選作業中的藥劑可考慮循環利用，最終用堿石灰中和以減少污染。

[1]任東風.從加工粒度談我國硅質原料的綜合利用[J].中國非金屬礦工業導刊，2006(4)：48-49.

[2]劉理根，高惠民，張凌燕.高純石英砂選礦工藝研究[J].中國非金屬礦工業導刊，1996(4)：39-41，14.

[3]申士富.高純石英砂研究與生產現狀[J].中國非金屬礦工業導刊，2006(5)：13-16.

[4]鄭翠紅，孫顏剛，楊文雁，等.石英砂提純方法研究[J].中國非金屬礦工業導刊，2008(5)：16-18.

TQ174.11；TQ171.611

A

1007-9386(2014)06-0018-03

2014-07-09